本發(fā)明涉及半導體材料實驗測試的技術領域，尤其是指一種復合結構SiC襯底的隱切實驗測試方法。

背景技術：

SiC材料具有良好的物理和化學性能，如化學性能穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、抗磨損、高強度、高硬度等一系列優(yōu)點，因而在機械電子、復合材料、航空航天等領域具有廣闊的應用前景。特別是隨著武器裝備現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，各種先進技術的不斷發(fā)展，對耐高溫、抗輻照等惡劣環(huán)境工作的高性能電子器件的需求日益迫切，而傳統(tǒng)半導體器件在高功率、高溫領域已顯現(xiàn)出諸多局限性。因此，以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導體為代表的第三代半導體材料應運而生。寬禁帶半導體材料具有禁帶寬度大、擊穿場強高、飽和電子遷移速率高、熱導率高、介電常數(shù)小、抗輻照能力強，以及良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，器件功率密度是Si、GaAs功率密度的10倍以上，非常適合制備大功率微波器件。采用此類半導體材料制造的器件具有以下獨特的優(yōu)點：工作溫度高、工作溫度范圍寬；工作電壓高、功率密度高、單元功率大；附加效率高；具有極具競爭力的噪聲系數(shù)指標；阻抗高，便于寬帶匹配；抗輻照能力強。

但由于SiC晶體結構的特殊性而使其成為公認的典型難加工材料。SiC作為C和Si唯一穩(wěn)定的化合物，其晶格結構由致密排列的兩個亞晶格組成，每個si(或c)原子與周邊包圍的C(si)原子通過定向的強四面體SP3鍵結合，雖然SiC的四面體鍵很強，但層錯形成能量卻很低，這一特點決定了SiC的多型體現(xiàn)象，每種多型體的C/Si雙原子層的堆垛次序不同。故對其進行激光切割時，如果之間用大功率破壞閾值聚焦在材料內部，會導致切割軌跡偏離劃切道。切割剖面傾斜，導致會損傷到器件。近年來，皮秒激光憑借其脈沖持續(xù)時間極短、峰值能 量極高的特點，已在材料加工過程中表現(xiàn)出了一系列獨特的優(yōu)點，不僅為硬脆難加工材料的無損傷高精度加工開辟一條嶄新的途徑，而且也擴大了該類材料在精密及超精密領域的應用范圍。超短脈沖激光微加工技術以其獨特的優(yōu)勢，尤其是對硬脆難加工類寬帶隙材料的精密處理，而使其成為微結構加工中的研究熱點。利用皮秒激光微加工系統(tǒng)對寬帶隙材料Si C的燒蝕特性進行理論和試驗研究。應用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和光學顯微鏡等檢測技術對樣品的燒蝕形貌進行檢測，以分析燒蝕區(qū)域的形貌特征及微結構質量。整個制作過程中的主要技術難點在于，克服SiC晶體結構帶來的切割影響，摸索破壞閾值附件功率值大小，摸索激光掃描的次數(shù)，使切割剖面平整并垂直于晶片表面。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種復合結構SiC襯底的隱切實驗測試方法，采用接近激光破壞閾值的小功率對晶圓進行多次掃描，從而獲得切割剖面平整垂直的SiC襯底芯片。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為：一種復合結構SiC襯底的隱切實驗測試方法，包括以下步驟：

1)提供一片復合結構SiC襯底，該襯底的表面已長完GaN層，并能夠后續(xù)做電極形成微波器件；

2)將所述SiC襯底通過完整工藝制做成芯片，形成表面器件圖形，背面有劃切道；

3)將處理后的芯片移至激光劃切機臺內部，采用激光隱切的方式對劃切道進行激光掃描切割，掃描方式分為：不同區(qū)域掃描，分別掃描1/2/3/4/5/6次，即對同一片子的不同區(qū)域進行激光掃描，而切割時具體是采用接近激光破壞閾值的小功率，將激光聚光于工件內部，設置不同聚焦點，在工件內部形成改質層， 改質層作為一個裂縫起點，裂縫垂直變長，在芯片前后表面上下延伸；

4)將激光掃描后的芯片進行裂片擴膜，分別取出6個區(qū)域的芯粒，應用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和光學顯微鏡這些檢測設備對芯片的側壁形貌進行檢測，以分析激光切割側壁區(qū)域的形貌特征。

在步驟2)中，將所述SiC襯底制作完整工藝，包括以下步驟：

2.1)將SiC襯底正面進行光刻，制作器件基本圖形，利用電子束蒸發(fā)和PECVD在其正面沉積電極金屬；再通過剝離去膠，制得正面圖形完整的SiC襯底芯片，清洗過后移至鍵合機臺，該鍵合機臺包括上蠟區(qū)、鍵合區(qū)、上下真空區(qū)，將所述SiC襯底芯片正面朝上，背面吸附在上蠟區(qū)；

2.2)將SiC襯底芯片正面涂蠟，所使用的蠟為日化精工的TR2-50482，在溫度110℃時，加熱120s，使蠟層半固態(tài)化，將表面已半固態(tài)化的SiC襯底芯片移至鍵合區(qū)，打開加熱機制，蠟層通過加熱融化，加上鍵合機臺的抽真空作用，使得SiC襯底芯片正面與藍寶石襯底緊緊粘附在一起，避免減薄時由于硬脆材質導致破片；將鍵合后的SiC襯底芯片放置減薄機臺內部，先用SD800磨輪進行粗磨，至晶圓厚度為120μm，再換至SD3000號磨輪進行精磨，使其表面粗糙度<2nm，減少其砂輪研磨引起的損傷層；

2.3)將減薄后的SiC襯底芯片移至解鍵合機臺，通過機臺加熱，使蠟層熔化，利用機臺的機械平臺吸附住藍寶石襯底，再利用機械手臂左右滑動，分離SiC襯底芯片和藍寶石襯底；

2.4)將分離后的SiC襯底芯片放置清洗機臺，去蠟和清洗表面，甩干后，對芯片背面進行光刻，制作背面劃切道圖形和背面電極圖形，利用磁控濺射在其背面沉積電極金屬和通孔，保證器件正背面電極的完整性，器件性能正常；最終制得的芯片整體厚度為100μm，器件表面敏感，背面劃切道有30μm寬。

在步驟3)中，在芯片移至激光劃切機臺之前，需將芯片放置清洗機臺，依次進行去膠、剝離、甩干處理后，再將芯片貼到藍膜上，移至激光劃切機臺內部進行激光掃描切割，該激光劃切機臺所用的激光光源為紅外激光光源，使用聲光調制鎖模的二極管泵浦激光器產生皮秒脈沖，脈沖寬度極窄，瞬間功率大，而且機臺配備除塵裝置，保證晶圓表面器件不受影響。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

1、由于制得的芯片整體厚度只有100μm，器件表面敏感，背面劃切道只有30μm寬，再加上SiC晶體結構的特殊性，使其切割難度加大；對此，本發(fā)明方法采用了激光隱切的方式，將激光聚光于工件內部，設置不同聚焦點，在工件內部形成改質層，改質層作為一個裂縫起點，裂縫垂直變長，在芯片前后表面上下延伸，從而可以有效抑制加工屑的產生，適用于抗污垢性能差的工件，這樣切割速度提升很多，可以減小劃切道寬度，適合生產型應用。

2、根據(jù)不同激光掃描次數(shù)的結果得出，不同激光掃描次數(shù)得出的剖面不同，激光掃描次數(shù)越多，剖面越平整，材料損傷越小。但激光掃面次數(shù)的增多也導致了時間的加長。在實際應用中，可根據(jù)生產需求調整激光掃描次數(shù)，激光掃描3次以上的基本可以實現(xiàn)對芯粒表面器件的損傷較小，剖面較垂直，不偏離，掃描6次為最佳。

附圖說明

圖1為芯片表面的激光切割痕跡示意圖。

圖2為激光掃描3次的切割剖面圖。

圖3為激光掃描6次的切割剖面圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

本實施例所述的復合結構SiC襯底的隱切實驗測試方法，其具體情況如下：

第一步、選用一片已生長完外延結構的SiC襯底，表面外延層為GaN結構，表征等級良好，即在強光下目檢，全片無明顯不良瑕疵，白點，黑點；光學表面分析儀進行全mapping掃描，均勻性良好；PL全檢判定正常。

第二步、將上述SiC襯底正面進行光刻，制作器件基本圖形，利用電子束蒸發(fā)和PECVD在其正面沉積電極金屬。通過剝離去膠，制得正面圖形完整的SiC襯底芯片，清洗過后移至鍵合機臺。鍵合機臺包括上蠟區(qū)，鍵合區(qū)，上下真空區(qū)，我們將上述SiC襯底芯片正面朝上，背面吸附在上蠟區(qū)。

第三步、將上述SiC襯底芯片正面涂蠟，所使用的蠟為日化精工的TR2-50482，具有良好的粘附性，在溫度110℃時，加熱120s，可使蠟層半固態(tài)化，將表面已半固態(tài)化的襯底移至鍵合區(qū)，打開加熱機制，蠟層通過加熱融化，加上鍵合機臺的抽真空作用，使得SiC襯底晶圓正面與藍寶石襯底緊緊粘附在一起，避免減薄時由于硬脆材質導致破片。將鍵合后的SiC襯底芯片放置減薄機臺內部，先用SD800磨輪進行粗磨，至晶圓厚度為120μm，再換至SD3000號磨輪進行精磨，使其表面粗糙度<2nm，減少其砂輪研磨引起的損傷層。

第四步、將減薄完的SiC襯底芯片移至解鍵合機臺。通過機臺加熱，使蠟層熔化，利用機臺的機械平臺吸附住藍寶石襯底，再利用機械手臂左右滑動，分離SiC襯底芯片和藍寶石襯底。

第五步、將分離后的芯片放置清洗機臺，去蠟和清洗表面。甩干后，將芯片背面進行光刻，制作背面劃切道圖形和背面電極圖形，利用磁控濺射在其背面沉積電極金屬和通孔，保證器件正背面電極的完整性，器件性能正常。最終制得的芯片整體厚度為100μm，器件表面敏感，背面劃切道有30μm寬。

第六步、將制作完背面電極和劃切道的芯片放置清洗機臺，依次經去膠、 剝離、甩干后，再將芯片薄片貼到藍膜上，移至激光劃切機臺內部。本實驗所用激光是基于啁啾脈沖放大(Chirped-pulse-amplification,CPA)技術的紅外皮秒激光系統(tǒng)，其輸出光束的主要技術參數(shù)為：脈沖寬度τ＝50fs，激光線寬＝1um，波長λ＝800nm，最大單脈沖能量Emax＝2.5m J，光束能量符合高斯分布。應用衰減片調節(jié)入射激光能量，光束經聚焦透鏡(焦距65mm)聚焦后垂直照射到放置于三維移動平臺上的芯片樣品表面。調整光源和劃切速度，制作好劃切程序，正片晶圓材料分6個區(qū)域，每個區(qū)域用激光掃描不同次數(shù)，分別每道劃切道進行1/2/3/4/5/6次激光掃描。激光掃描后的表面如圖1所示。

第七步、將激光掃描后的芯片進行裂片擴膜，分別取出6個區(qū)域的芯粒，再應用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和光學顯微鏡等檢測設備對芯片的側壁形貌進行檢測，觀察切割剖面情況。觀察結果：激光掃描1次的剖面質量最差，并且偏離劃切道，損傷到芯粒表面的器件；激光掃面2次的剖面質量較差，有明顯損傷層，但未偏離劃切道；激光掃描3次以上的基本可以實現(xiàn)對芯粒表面器件的損傷較小，剖面較垂直，不偏離，掃描6次為最佳。如圖2和圖3所示，圖2、圖3分別是在劃切道上用激光掃描3次和6次的結果，發(fā)現(xiàn)圖2切割剖面圖更不平滑，有三層明顯的切割痕跡，圖3剖面和平滑齊整。對于材料而言，我們需要達到圖3的效果，材料損傷較小，切割剖面平整，有利于器件性能不受影響。但是在實際生產應用中，效率很重要，在多次重復實驗，確定影響器件性能不大的情況下，每個劃切道用激光掃描3次可以大大的提升效率。

以上所述實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。