用于化合物半导体芯片ISO工艺的治具装置的制作方法

用于化合物半导体芯片iso工艺的治具装置
技术领域
1.本实用新型涉及化合物半导体生产工艺与设备技术领域，特别涉及一种用于芯片isolation process隔离沟制造工艺(简称iso工艺)的治具装置。


背景技术：

2.化合物半导体生产工艺中，砷化镓(gaas)或氮化镓(gan)化合物半导体芯片在进行完外延与芯片前道工艺后须进行衬底片减薄与切割工艺，目前的切割法多半是以激光或是金刚石刀具对于晶粒(die)与晶粒之间的间隔区进行切割。激光虽然可以快速且低成本的对芯片进行切割，但是激光切割时的超高温也会对于芯片上的薄膜与外延层在紧邻切割区的小范围内产生微熔融的情况，这种微熔融对于ito薄膜层影响不大，但是对于p型外延层与n型外延层而言，就有可能因为气化的金属蒸气快速凝结而产生微小区域的短路，或是因为金刚石切割造成的毛刺发生芯片局部区域的p型外延层与n型外延层发生短路，造成电性异常。
3.为了改善上述生产工艺缺陷的因素，芯片生产商开发出先在芯片上的晶粒与晶粒间以等离子蚀刻的方式在晶粒的四周蚀刻出到达衬底层的隔离沟，此隔离沟的作法被称为isolation process，简称iso工艺。iso工艺利用高功率等离子先对于要制作隔离沟的区域进行等离子蚀刻直到衬底层，制做完隔离沟后再进行激光切割或用金刚石刀切割(如图1所示)，隔离沟比激光切割沟宽。以此方法，切割区保持在较宽的隔离沟中，不论是用激光切割法或是金刚石刀片切割法，都不会切到或伤到薄膜层或是外延层。此方法因为要利用高功率等离子作为蚀刻的媒介，因此需放置于一个以高绝缘性、耐高温以及耐等离子轰击的材质如二氧化硅(石英)或三氧化二铝(陶瓷)材质制作的托盘上进行等离子蚀刻。
4.然而，高功率等离子轰击芯片表面时会产生高温，因此需要有具备良好的散热能力的托盘对芯片进行散热，以避免芯片上的光阻剂层因温度过高发生烧焦而难以去除，因此托盘的材质除了需要具备高绝缘性、耐高温以及耐等离子轰击之特性外，尚须要具备良好的热传导能力。依此要求，二氧化硅或三氧化二铝陶瓷等材质的散热能力都不足以对芯片进行有效的散热，因此一般芯片生产商都是利用碳化硅材质做为芯片托盘的材质，来进行对于芯片的等离子蚀刻。碳化硅材质制作托盘因为材质硬度高，加工难度高，并且因为材质脆而易碎，因此托盘的制作成本很高。


技术实现要素：

5.本实用新型提供的一种用于化合物半导体芯片iso工艺的治具装置，包括芯片托盘、多个冷却孔、密封结构、压合盘。
6.芯片托盘上设置有用于放置芯片的芯片放置槽，多个冷却孔设置在芯片放置槽内用于喷出冷却气体，密封结构环绕设置于芯片放置槽的周缘，压合盘上设置有镂空槽，镂空槽对应于芯片放置槽，其中，自镂空槽的周缘向镂空槽的中心延伸有压住芯片的压合爪。
7.在一些实施例中，所述芯片托盘的尺寸与所述压合盘的尺寸相匹配。
8.在一些实施例中，所述芯片托盘是由金属材料制成。金属材料可以为铝金属。
9.在一些实施例中，所述压合盘是由二氧化硅或三氧化二铝材料制成。
10.在一些实施例中，所述压合爪的数量是多个，所述多个压合爪是沿着所述镂空槽的圆周方向均匀分布。
11.在一些实施例中，所述压合盘上具有多个贯穿孔，所述芯片托盘上具有多个螺丝孔，所述多个贯穿孔与所述多个螺丝孔一一对应，通过螺丝穿过所述贯穿孔和所述螺丝孔将所述压合盘与所述芯片托盘固定连接。
12.基于上述，本实用新型一实施例提供的一种用于化合物半导体芯片iso工艺的治具装置，通过芯片托盘、冷却孔、密封结构、压合盘以及压合爪的搭配设置，治具装置可以满足化合物半导体芯片于iso工艺过程中的高绝缘性、耐高温、耐等离子轰击、以及高散热的固定制具要求，并且生产成本低。
13.本实用新型的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他有益效果可通过在说明书等内容中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
15.图1是现有的iso工艺生产之芯片的结构示意图；
16.图2是本实用新型一实施例提供的治具装置与芯片组合后的结构示意图；
17.图3是本实用新型芯片托盘的结构示意图；
18.图4是本实用新型芯片托盘的局部放大示意图；
19.图5是本实用新型压合盘的结构示意图；
20.图6是本实用新型压合盘的局部放大示意图。
21.附图标记：
22.10-芯片托盘；11-芯片放置槽；12-密封结构；13-冷却孔；14-螺丝孔；20-压合盘；21-镂空槽；22-压合爪；23-贯穿孔。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本实用新型不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，皆为“至少包含”的意思。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体成型的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
27.请参阅图2至图6，图2是本实用新型一实施例提供的治具装置与芯片组合后的结构示意图；图3是本实用新型芯片托盘10的结构示意图；图4是本实用新型芯片托盘10的局部放大示意图；图5是本实用新型压合盘20的结构示意图；图6是本实用新型压合盘20的局部放大示意图。为达所述优点至少其中之一或其他优点，本实用新型的一实施例提供一种用于化合物半导体芯片iso工艺的治具装置。如图中所示，治具装置包括芯片托盘10、冷却孔13、密封结构12、压合盘20。
28.芯片托盘10上设置有芯片放置槽11，芯片放置槽11用于放置芯片，芯片放置槽11的数量可以是多个，视实际需求进行设计。冷却孔13设置在芯片放置槽11内，冷却孔13用于喷出冷却气体，来对芯片进行冷却。冷却气体可以是氦气。密封结构12环绕设置于芯片放置槽11的周缘，用于避免冷却气体泄漏。密封结构12可以是密封圈结构。压合盘20上设置有镂空槽21，镂空槽21对应于芯片放置槽11。自镂空槽21的周缘向镂空槽21的中心延伸有压合爪22，压合爪22用于压住芯片。当要压住芯片时，压合盘20对准承载托盘，镂空槽21对准芯片放置槽11，通过压合爪22压住芯片。
29.在具体生产工艺过程中，先在芯片托盘10上的密封圈凹槽里塞入密封圈形成密封结构12，之后在密封圈上放置已做好掩膜的芯片，并将压合盘20对准后压住芯片，以螺丝穿过压合盘上的贯穿孔23后锁在芯片托盘10上的对应螺丝孔14，将芯片托盘10与压合盘20锁合紧密，再置于等离子蚀刻机腔体内进行等离子蚀刻工艺，将晶粒与晶粒之间的区域进行等离子蚀刻直到衬底层。
30.在一些实施例中，芯片托盘10的尺寸与压合盘20的尺寸相匹配，以便于压住芯片，有助于芯片生产工艺。
31.在一些实施例中，压合盘20上具有多个贯穿孔23，芯片托盘10上具有多个螺丝孔14，多个贯穿孔23与多个螺丝孔14一一对应，通过螺丝穿过贯穿孔23和螺丝孔14将压合盘
20与芯片托盘10固定连接。
32.在一些实施例中，冷却孔13的数量是多个，以便于更好的对芯片进行冷却。优选地，冷却孔13是形成于芯片放置槽11的底部，冷却孔13是贯穿的孔洞。
33.在一些实施例中，压合爪22的数量是多个，多个压合爪22是沿着镂空槽21的圆周方向均匀分布。在一些实施例中，压合爪22凸出于镂空槽21的周缘的距离为0.1～50μm，以使得压合爪22仅压住芯片的周围无效区，可以避免损伤芯片的薄膜层，保证芯片的性能与良品数量。也就是说，通过压合爪22既可以压住芯片，还可以减少覆盖住芯片的区域，增加芯片的有效区。
34.压合盘20加工完成后可以利用机械抛光法或以火焰抛光法将镂空槽21和贯穿孔23的四周进行抛光处理，之后并进行热退火以去除机械加工应力或火焰抛光的热应力，减少加工所带来的的裂痕。
35.考虑到采用辅助的冷却气体例如氦气对芯片进行降温的话，芯片托盘10的上下两面的温差过大容易造成芯片托盘10因两侧材质膨胀与收缩而破裂。故而，利用便宜且导热性好又易加工的金属材质(如铝金属)做为芯片托盘10的材质，上面再以材料成本低且容易加工的二氧化硅或三氧化二铝材料做为压住芯片的压合盘20，芯片托盘10与压合盘20组合后夹住要被等离子轰击的芯片使用，金属材质制作的承载托盘可以承受冷却气体(如氦气)的快速冷却而不会破裂，而以二氧化硅或三氧化二铝材料制作的压合盘20，可以抵抗等离子的轰击，进而可以达到增加治具装置的使用寿命并降低生产成本的目的。
36.本实用新型一实施例提供的一种用于化合物半导体芯片iso工艺的治具装置，通过芯片托盘10、冷却孔13、密封结构12、压合盘20以及压合爪22的搭配设置，治具装置可以满足化合物半导体芯片于iso工艺过程中的高绝缘性、耐高温、耐等离子轰击、以及高散热的固定制具要求，并且生产成本低。
37.本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本实用新型的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
38.另外，上述中“～”的取值范围包括两个端点值的本身，都属于本实用新型的保护范围内。尽管本文中较多的使用了诸如芯片托盘、芯片放置槽、芯片、压合盘以及镂空槽等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
39.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。