切割蓝宝石晶圆 - 减少材料损失并提高产量

小英说半导体

切割是一种简单而快速的方法，可以用于制备硅和其他半导体材料的样品；然而，尽管是单晶材料，但是蓝宝石的切割效果并不好。

现有的方法一般包括锯切和劈开，但由于断裂会向不需要的方向传播，并且在此过程中会损失材料，因此可能会导致产量不足。低温冷却和激光划线可以最大限度地减少不需要的断裂、碎裂、分层和材料损失的方法。然而，这些方法既昂贵又耗时，并且会带来其他不良问题，例如边缘质量差和温度变化引起的热损坏。

切割样品需要两个步骤：

步骤1：弱点创建

薄弱点是在样品上形成的“缺陷”。它将是切割的起点。如果不首先通过金刚石划线器或压头制作薄弱点，则无法将基板分成两个独立的部分。

样品边缘的薄弱点（图1）很重要，因为切割是从薄弱点传播的，它决定了通过衬底晶面切割的质量和精度。如果薄弱点的角度较深或较宽且不直，则会导致断裂（甚至是微断裂），并且对切割面的质量和精度都会产生负面影响。

图1：金刚石划线器 FlipScribe 和 LatticeAx 造成的薄弱点。

步骤2：切割

切割是制备切割样品的第二步。通过在薄弱点上产生压力来发生切割。然后，裂解开始并传播到整个样本。如图2所示，如果样品是结晶的，则最佳弱点很短，因为它会在晶面后引发劈裂，随后的横截面将具有镜面光洁度。

图2：短划线用于结晶材料，长划线用于非晶材料或与晶面相反的方向切割

如果样品是无定形的，样品将在没有晶面的情况下断裂，解理将在薄弱点的方向上扩展并且它可能不是直的，除非在所需解理线的整个距离上进行长划线，如图2所示。随后的横截面不会有镜面光洁度。当解理线必须与晶面相反时，这种“长划线”方法也可用于晶体材料。

我们需要注意的是，由于解理与晶面相反，所以边缘比较粗糙。可以通过用手指、钳子或别针将样品分成两块来进行切割。

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