本發(fā)明涉及一種硅片的激光減薄切割一體化方法，尤其是一種皮秒激光減薄切割多晶硅片的一體化加工方法，屬于半導(dǎo)體材料激光加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

硅片在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，隨著電子產(chǎn)品對(duì)高性能、多功能和小型化的需求推動(dòng)了集成電路(ic)封裝技術(shù)的發(fā)展，需要對(duì)硅片進(jìn)行背面減薄加工。硅片背面減薄技術(shù)有很多種，如磨削、拋光、干式拋光、電化學(xué)腐蝕、濕法腐蝕、等離子輔助化學(xué)腐蝕和常壓等離子腐蝕等。目前，金剛石砂輪的超精密磨削技術(shù)在硅片工業(yè)減薄加工中廣泛應(yīng)用，該技術(shù)通過(guò)砂輪在硅片表面旋轉(zhuǎn)施壓、損傷、破裂、移除而實(shí)現(xiàn)硅片減薄。但是，工藝中不可避免引入損傷，降低器件可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)超精密磨削減薄技術(shù)面臨著高加工質(zhì)量和高加工效率的突出矛盾。

隨著激光加工技術(shù)的不斷發(fā)展，它已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于硅片的工業(yè)生產(chǎn)中。利用光纖激光精密切割單晶硅；利用激光在柔性和剛性襯底上沉積非晶硅薄膜；利用激光進(jìn)行硅片表面退火；利用激光清洗硅片表面雜物；飛秒激光掃描硅表面誘導(dǎo)形成微結(jié)構(gòu)；晶體硅片上的激光打孔等都已進(jìn)行過(guò)研究或應(yīng)用。

本發(fā)明針對(duì)硅片減薄這一工程問(wèn)題，嘗試使用皮秒激光進(jìn)行多晶硅片的減薄切割一體化加工，避免了機(jī)械磨削的表面損傷，降低硅片生產(chǎn)的碎片率，提高加工效率和質(zhì)量，而且還會(huì)減少化學(xué)試劑的使用，有利于提高硅片生產(chǎn)的環(huán)保性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種皮秒激光減薄切割多晶硅片的一體化加工方法，針對(duì)傳統(tǒng)減薄方法產(chǎn)生的碎片率高、表面刮傷、加工效率低等問(wèn)題。利用皮秒激光掃描硅片表面進(jìn)行減薄。本發(fā)明所用激光加工系統(tǒng)如圖1，本發(fā)明的操作流程如圖2所述。

為了達(dá)到以上的目的，本發(fā)明提供一種皮秒激光減薄切割多晶硅片的一體化加工方法，采用如下的技術(shù)解決方案：

第一步：取原始多晶硅片(原始厚度200μm左右)裁剪為20mm×20mm的小塊，利用粗糙度儀測(cè)得原始表面粗糙度小于0.4μm，利用螺旋測(cè)微儀測(cè)得硅片的原始厚度。

第二步：利用脈沖寬度600ps的皮秒光纖激光器(型號(hào)picoyl-15-0.1)設(shè)定激光掃描區(qū)域15mm×15mm對(duì)硅片表面進(jìn)行減薄加工，激光的波長(zhǎng)193-1064nm，重復(fù)頻率100-1000khz，輸出功率1-20w，激光掃描速度100-500mm/s，掃描次數(shù)5-15次。

第三步：繪制激光切割輪廓線并調(diào)整激光參數(shù)進(jìn)行硅片切割，輸出功率20w，激光掃描速度100mm/s，重復(fù)頻率200khz，掃描次數(shù)10次,激光的波長(zhǎng)1064nm。

第四步：利用粗糙度儀測(cè)量激光減薄后硅片表面的粗糙度，減薄后表面粗糙度ra小于1μm；利用螺旋測(cè)微儀測(cè)量減薄后的硅片厚度；利用基恩士三維共聚焦顯微鏡觀察表面形貌，利用皮安計(jì)測(cè)試不同厚度硅片的i-v曲線。多晶硅片激光減薄區(qū)域與未處理區(qū)域共聚焦三維模型如圖3，不同厚度硅片的i-v曲線如圖4。

其中，所述第二步中進(jìn)行激光分步減薄硅片的加工，激光掃描線間距10-25μm。皮秒激光的光斑直徑34μm，減薄區(qū)域致密填充。加工過(guò)程中通保護(hù)氣體氬氣。

本發(fā)明的積極效果為：

(1)該方法使用皮秒激光減薄切割硅片一體化加工工藝，大大提高了硅片的加工速度和精度，有望在實(shí)際生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

(2)該方法利用皮秒激光減薄原始厚度200μm左右多晶硅片，可以使其最大減薄量達(dá)到100μm，減薄效果明顯。

(3)該方法利用激光直寫(xiě)系統(tǒng)，可以通過(guò)改變皮秒激光參數(shù)如功率、頻率、加工次數(shù)、掃描速度等進(jìn)行精確控制，能得到不同減薄量和不同形狀的硅片，相對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械減薄方法加工更加方便安全，適用范圍也更廣。

附圖說(shuō)明

圖1激光加工系統(tǒng)示意圖。

圖2硅片減薄切割一體化操作流程圖。

圖3多晶硅片激光減薄區(qū)域與未處理區(qū)域共聚焦三維模型。

圖4不同厚度多晶硅片i-v曲線。

圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下：

皮秒激光器1氬氣2樣品3水平工作臺(tái)4激光切割輪廓線5

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-4及具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

實(shí)施例1：

步驟1.取多晶硅片裁剪為20mm×20mm的樣品3利用粗糙度儀測(cè)得原始表面粗糙度小于0.4μm，利用螺旋測(cè)微儀測(cè)得硅片的原始厚度并置于水平工作臺(tái)4。

步驟2.啟動(dòng)皮秒激光器1及配套的軟件系統(tǒng)，設(shè)定掃描區(qū)域15mm×15mm，激光波長(zhǎng)193nm。第一步減薄設(shè)置重復(fù)頻率300khz，功率15w，加工次數(shù)5次，激光掃描線間距10μm，激光掃描速度100mm/s，利用紅光進(jìn)行被加工樣品的定位，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第二步減薄設(shè)置重復(fù)頻率500khz，功率10w，加工次數(shù)10次，激光掃描線間距10μm，激光掃描速度250mm/s開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第三步減薄設(shè)置重復(fù)頻率700khz，功率5w，加工次數(shù)10次，激光掃描線間距10μm，激光掃描速度350mm/s，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第四步減薄設(shè)置重復(fù)頻率1000khz，功率1w，加工次數(shù)15次，激光掃描線間距10μm，激光掃描速度500mm/s，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)。加工過(guò)程中通保護(hù)氣體氬氣2

步驟3.繪制激光切割輪廓線5并調(diào)整激光參數(shù)進(jìn)行硅片切割，輸出功率20w，激光掃描速度100mm/s，重復(fù)頻率200khz，掃描次數(shù)10次,激光的波長(zhǎng)1064nm。

步驟4.利用粗糙度儀測(cè)量激光減薄后硅片表面的粗糙度，減薄后表面粗糙度ra小于1μm；利用螺旋測(cè)微儀測(cè)量減薄后的硅片厚度；利用基恩士三維共聚焦顯微鏡觀察表面形貌；利用皮安計(jì)測(cè)試不同厚度硅片的i-v曲線。多晶硅片激光減薄區(qū)域與未處理區(qū)域共聚焦三維模型如圖3，不同厚度硅片的i-v曲線如圖4。

實(shí)施例2：

步驟1.取多晶硅片裁剪為20mm×20mm的樣品3利用粗糙度儀測(cè)得原始表面粗糙度小于0.4μm，利用螺旋測(cè)微儀測(cè)得硅片的原始厚度并置于水平工作臺(tái)4。

步驟2.啟動(dòng)皮秒激光器及1配套的軟件系統(tǒng)，設(shè)定掃描區(qū)域15mm×15mm，激光波長(zhǎng)532nm。第一步減薄設(shè)置重復(fù)頻率500khz，功率20w，加工次數(shù)5次，激光掃描線間距15μm，激光掃描速度100mm/s，利用紅光進(jìn)行被加工樣品的定位，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第二步減薄設(shè)置重復(fù)頻率700khz，功率15w，加工次數(shù)10次，激光掃描線間距15μm，激光掃描速度200mm/s開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第三步減薄設(shè)置重復(fù)頻率900khz，功率10w，加工次數(shù)10次，激光掃描線間距15μm，激光掃描速度350mm/s，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第四步減薄設(shè)置重復(fù)頻率1000khz，功率5w，加工次數(shù)15次，激光掃描線間距15μm，激光掃描速度500mm/s，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)。加工過(guò)程中通保護(hù)氣體氬氣2。

步驟3.繪制激光切割輪廓線5并調(diào)整激光參數(shù)進(jìn)行硅片切割，輸出功率20w，激光掃描速度100mm/s，重復(fù)頻率200khz，掃描次數(shù)10次,激光的波長(zhǎng)1064nm。

步驟4.利用粗糙度儀測(cè)量激光減薄后硅片表面的粗糙度，利用螺旋測(cè)微儀測(cè)量減薄后的硅片厚度，利用基恩士三維共聚焦顯微鏡觀察表面形貌，利用皮安計(jì)測(cè)試不同厚度硅片的i-v曲線。多晶硅片激光減薄區(qū)域與未處理區(qū)域共聚焦三維模型如圖3，不同厚度硅片的i-v曲線如圖4。

實(shí)施例3：

步驟1.取多晶硅片裁剪為20mm×20mm的樣品3利用粗糙度儀測(cè)得原始表面粗糙度小于0.4μm，利用螺旋測(cè)微儀測(cè)得硅片的原始厚度并置于水平工作臺(tái)4。

步驟2.啟動(dòng)皮秒激光器1及配套的軟件系統(tǒng)，設(shè)定掃描區(qū)域15mm×15mm，激光波長(zhǎng)1064nm。第一步減薄設(shè)置重復(fù)頻率100khz，功率12w，加工次數(shù)5次，激光掃描線間距25μm，激光掃描速度100mm/s，利用紅光進(jìn)行被加工樣品的定位，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第二步減薄設(shè)置重復(fù)頻率300khz，功率9w，加工次數(shù)10次，激光掃描線間距25μm，激光掃描速度250mm/s開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第三步減薄設(shè)置重復(fù)頻率500khz，功率5w，加工次數(shù)10次，激光掃描線間距25μm，激光掃描速度350mm/s，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)；第四步減薄設(shè)置重復(fù)頻率500khz，功率1w，加工次數(shù)15次，激光掃描線間距25μm，激光掃描速度500mm/s，開(kāi)始標(biāo)刻直至完成設(shè)定的加工次數(shù)。加工過(guò)程中通保護(hù)氣體氬氣2。

步驟3.繪制激光切割輪廓線5并調(diào)整激光參數(shù)進(jìn)行硅片切割，輸出功率20w，激光掃描速度100mm/s，重復(fù)頻率200khz，掃描次數(shù)10次,激光的波長(zhǎng)1064nm。

步驟4.利用粗糙度儀測(cè)量激光減薄后硅片表面的粗糙度，利用螺旋測(cè)微儀測(cè)量減薄后的硅片厚度，利用基恩士三維共聚焦顯微鏡觀察表面形貌，利用皮安計(jì)測(cè)試不同厚度硅片的i-v曲線。多晶硅片激光減薄區(qū)域與未處理區(qū)域共聚焦三維模型如圖3，不同厚度硅片的i-v曲線如圖4。