一種大功率電力電子器件晶圓激光切割方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件制備工藝，具體講涉及一種大功率電力電子器件制備過程中將大功率器件晶圓分割成單顆芯片的工藝。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著光電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對高集成和高性能的半導(dǎo)體晶圓需求也越來越大，為適應(yīng)高頻、大功率、耐高溫、抗輻照等特殊環(huán)境而發(fā)展起來的第三代半導(dǎo)體材料-寬禁帶半導(dǎo)體材料(例如碳化硅、氮化鎵等)具有熱導(dǎo)率高、電子飽和速度高、擊穿電壓高、介電常數(shù)低等特點，從而開啟了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新局面，使得電力電子器件技術(shù)和產(chǎn)業(yè)迎來了一個新的發(fā)展機(jī)遇。為了大幅度節(jié)約成本和提高制作效率，在大批量生產(chǎn)中往往在晶圓上沉積集成電路芯片或電路元件結(jié)構(gòu)，然后再分割成各個單元，最后再進(jìn)行封裝和焊接。因此，晶圓的切割技術(shù)對提高成品率和封裝效率有著重要影響。
[0003]傳統(tǒng)晶圓切割技術(shù)主要有金剛石切割法和化學(xué)蝕刻法；金剛石切割存在切槽寬(50 ym?100 μ m)、晶圓利用率低；加工脆性和高強(qiáng)度材料難度大，易產(chǎn)生裂紋、碎片和分層；刀具易磨損，需要消耗大量去離子水，生產(chǎn)成本大等問題；化學(xué)蝕刻法亦存在如刻蝕速度慢、污染環(huán)境和不適用于化學(xué)穩(wěn)定的材料等不足。
[0004]從此而產(chǎn)生的激光切割技術(shù)集和了光學(xué)、精密機(jī)械、電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)。與傳統(tǒng)加工方法相比具有加工速度快；切槽窄(10 ym?30 μm)晶圓利用率較高；非接觸加工，適合薄基圓；自化動程度高，任意圖形切割等優(yōu)點，較廣泛的用于切割硅、低k材料、發(fā)光二極管襯底、微機(jī)電系統(tǒng)和薄膜太陽能電池等光電及半導(dǎo)體材料。與此同時，加工過程中產(chǎn)生的重凝、熔肩和裂紋以及晶粒強(qiáng)度等問題阻礙其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]為解決現(xiàn)有激光切割存在的問題，主要針對大功率電力電子器件晶圓的激光切割進(jìn)行改良，考慮SiC、GaN等材料晶圓的特性，例如碳化硅材料莫氏硬度達(dá)到9.2-9.3，減薄困難。一般用作制備器件的晶圓直徑達(dá)到4-6英寸，而每個器件約為幾毫米的矩形。在現(xiàn)有技術(shù)激光切割中易造成正面有源區(qū)損傷的缺陷，本發(fā)明利用激光進(jìn)行背面劃片正面裂片的方式進(jìn)行切割，從而最大限度低保證了芯片正面有源區(qū)，邊緣整齊，得到的芯片在可靠性和產(chǎn)能方面具有大幅提升。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供了一種大功率電力電子器件晶圓的激光切割方法，對晶圓的N面采用激光束聚焦對準(zhǔn)后進(jìn)行激光束劃片，再根據(jù)N面劃痕進(jìn)行正面裂片；激光束光源的波長190-400nm，所述激光束功率:3_10W，激光束距離晶圓N面的聚焦距離:330-500 μ m，激光束移動速率:5_50mm/s。
[0008]本發(fā)明還提供了一種激光切割方法操作方法，包括以下步驟:
[0009]I)調(diào)平晶圓，激光劃片機(jī)對準(zhǔn)晶圓的N面芯片與芯片之間的劃片連接處；
[0010]2)利用激光束對調(diào)平的晶圓劃片后旋轉(zhuǎn)晶圓90° ;
[0011]3)調(diào)平、對準(zhǔn)切割道，正面裂片。
[0012]本發(fā)明切割的晶圓為第三代寬緊帶半導(dǎo)體材料，包括碳化硅、氮化鎵等。
[0013]本發(fā)明提供的切割方法中，激光束波長優(yōu)選范圍為190-300nm的紫外波長段，相較于近紅外、紅外波長，本發(fā)明選用波長能量高，縮短了切割作用時間，從而進(jìn)一步的縮短激光作用于晶圓的時間，相應(yīng)減少激光對晶圓的損傷，縮短整個切割時間及減少芯片損傷。
[0014]本發(fā)明提供的切割方法中，激光束所劃的溝槽深度為晶圓厚度的1/10-1/4?，F(xiàn)有技術(shù)中主要公開的劃痕較深，通常為晶圓厚度的1/4?1/3，本發(fā)明劃痕深度較現(xiàn)有技術(shù)淺，及本發(fā)明對晶圓的切割少，加之配合使用能量高的波長段激光束，進(jìn)一步縮短了激光作用于芯片上的時間，減少芯片損傷。
[0015]本發(fā)明提供的切割方法中的槽深為5-80 μ m。
[0016]本發(fā)明提供的切割方法中的溝槽寬度進(jìn)行了優(yōu)選，槽寬為8-40 μπι，本發(fā)明的槽寬窄，可以在晶圓上制備獲得更多的器件。
[0017]本發(fā)明提供的激光切割方法中對激光束功率、聚焦距離及激光束的移動速率進(jìn)行了優(yōu)選，激光束的功率范圍為5-7W，激光束聚焦距離為330-450 μ m，激光束移動速率為5-30mm/s?本發(fā)明通過選用能量較高的紫外段波長激光束，通過對槽深、槽寬及激光束的功率、聚焦距離及移動速率進(jìn)行綜合優(yōu)化，以實現(xiàn)最少切割、最少損傷的激光切割方法。
[0018]與傳統(tǒng)激光切片相比，本發(fā)明是通過對寬禁帶半導(dǎo)體材料做成器件晶圓的襯底背面進(jìn)行激光劃片后，再根據(jù)背面劃痕進(jìn)行正面裂片。背面劃痕的深度約為芯片厚度的1/10至1/4，相較于現(xiàn)有技術(shù)中主要采用的切割槽深為晶圓厚度的1/4?1/3相比，本發(fā)明槽深更淺；本發(fā)明采取背劃進(jìn)行激光束切割大功率器件晶圓，最大限度地保證芯片正面的有源區(qū)，通過配合使用能量較高的紫外或深紫外波段，綜合優(yōu)化槽深、槽寬及激光束功率、聚焦距離及移動速率，最大限度地縮短激光作用于晶圓的時間及較少對晶圓的損傷，從而保證了正面有源區(qū)的完整性，得到邊緣整齊的器件，對大面積芯片的可靠性和產(chǎn)能都有一個很大提升。
[0019]在實際的具體操作中，依照本發(fā)明提供的激光切割方法原理可以參考如下步驟實現(xiàn):
[0020]1、將需要激光劃片的晶圓片貼到藍(lán)膜上
[0021 ] 本步驟主要是將已經(jīng)制備完成待切割的晶圓片固定在藍(lán)膜上。將卡環(huán)也放置在貼膜機(jī)固定位置，待切割的晶圓片背面向下放置在貼膜機(jī)中心的小臺面上，抽真空固定晶圓片，將貼膜機(jī)上的藍(lán)膜拉到覆蓋晶圓片和卡環(huán)的位置并貼緊晶圓片和卡環(huán)，用滾輪再次將藍(lán)膜和晶圓片壓緊，切開藍(lán)膜，取下卡環(huán)，這時已經(jīng)將晶圓片固定在藍(lán)膜上，而藍(lán)膜也被固定在鋼制卡環(huán)上。
[0022]2、放入激光劃片機(jī)進(jìn)行劃片
[0023]本在劃片機(jī)載物臺上。調(diào)整好激光束焦距、激光束能量、切割速度和路徑等參數(shù)后開始切割晶圓步驟主要是將晶圓片及藍(lán)膜卡環(huán)放置在激光劃片機(jī)的載片臺上，抽真空固定藍(lán)膜的同時也將晶圓片固定片。
[0024]3、劃片完畢，翻膜后放入裂片機(jī)進(jìn)行裂片
[0025]將激光劃片后的晶圓片從藍(lán)膜上取下并翻膜到另一張藍(lán)膜上，此時晶圓片正面朝上，剛剛帶有激光劃痕的背面緊貼在了藍(lán)膜上。將此時的藍(lán)膜放入裂片機(jī)，調(diào)整裂片機(jī)參數(shù)進(jìn)行裂片，裂片后晶圓上的芯片就成為獨立的芯片了。
[0026]激光劃片是產(chǎn)生的高溫會熔融外延層，熔融的外延層可能產(chǎn)生漏電等電學(xué)缺陷，本發(fā)明從背面劃片且優(yōu)化了劃痕的深度和寬度，進(jìn)行正面裂片最大限度地保證芯片正面的有源區(qū)，不破壞正面區(qū)域，得到邊緣整齊的器件，對大面積芯片的可靠性和產(chǎn)能都有一個很大提升。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0027]I)本發(fā)明主要是一種在大功率電力電子器件制備過程使用激光束劃片的工藝，由于不破壞正面區(qū)域，所以芯片的可靠性有了更好的保證；
[0028]2)使大功率半導(dǎo)體器件分割開；
[0029]3)提高生產(chǎn)效率和可靠性；
[0030]4)最終獲得的碳化硅肖特基二極管測試時反向耐壓> 3500V，漏電流< 10uA?！尽靖綀D說明】】
[0031]圖1為將襯底片貼在藍(lán)膜上的貼片過程示意圖；
[0032]圖2a為劃片時襯底片不意圖
[0033]圖2b為劃片后帶有劃痕的襯底片不意圖；
[0034]圖3為翻膜后的襯底片和藍(lán)膜位置示意圖；
[0035]圖4a為裂片前示意圖；
[0036]圖4b為裂片后示意圖；
[0037]圖5為擴(kuò)片后芯片被分離開的示意圖；
[0038]圖不中標(biāo)注為1-晶圓，2_卡環(huán)，3-藍(lán)膜，4-激光束，5-裂片刀。
【【具體實施方式】】
[0039]下面通過具體實施實例來描述本發(fā)明，如圖例。
[0040]經(jīng)前期加工過的碳化硅基器件，在實際操作中可以按照以下工藝進(jìn)行激光劃片:
[0041]1、貼膜
[0042]將晶圓片放在貼膜機(jī)上，并將貼片時的溫度設(shè)定為70 0C，將藍(lán)膜3貼在晶圓片I和卡環(huán)2上。