一種大功率電力電子器件晶圓隱形激光切割方法
【專(zhuān)利說(shuō)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(guò)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]電力電子器件的使用環(huán)境、條件越來(lái)越惡劣，要適應(yīng)高頻、大功率、耐高溫、抗輻照等特殊環(huán)境。為了滿(mǎn)足未來(lái)電子器件需求，必須采用新的材料，以便最大限度地提高電子元器件的內(nèi)在性能。近年來(lái)，新發(fā)展起來(lái)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(diǎn)，這就從理論上保證了其較寬的適用范圍。寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)已成為當(dāng)今電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新型動(dòng)力。從目前寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件的研究情況來(lái)看，研究重點(diǎn)多集中于碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)技術(shù)，其中SiC技術(shù)最為成熟，研究進(jìn)展也較快。近年來(lái)，以SiC和GaN為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料的發(fā)展開(kāi)啟了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新局面，電力電子器件技術(shù)和產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了一個(gè)不約而同地遵循以政府投入為先導(dǎo)，大型跨國(guó)巨頭公司積極跟進(jìn)的發(fā)展路線(xiàn)。這些大型公司以美國(guó)通用電氣、仙童公司、德國(guó)西門(mén)子、英飛凌，瑞士 ABB，日本三菱、富士、東芝等為代表。美國(guó)Rutgers大學(xué)報(bào)道了迄今為止最高反向擊穿電壓為10.8kV的Ni/4H_SiC SBD，該器件η型漂移區(qū)濃度為5.6X 1015cnT3，厚度為115 μ m，并采用了多臺(tái)階的結(jié)終端技術(shù)來(lái)提高擊穿電壓，在電流密度48A/cm2下，該器件的正向壓降為6V，比導(dǎo)通電阻為97mQcm2，品質(zhì)因子為1202MW/cm2。Cree研制的1200V 4H_SiC場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電阻為ΙΟι?Ω cm2，正向電流為100A，而該器件的尺寸僅為7mmX7mm，只有Si器件的5%。該公司還制成了阻斷電壓為2kV的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，正向電流為50A，而器件的尺寸僅為5.5mmX 5.5mm。據(jù)報(bào)道，4H_SiC場(chǎng)效應(yīng)管最高阻斷電壓已經(jīng)達(dá)到10kV，正向電流達(dá)20A。隨著阻斷電壓和導(dǎo)通電阻等器件性能不斷提高，此種器件的可靠性尤其在300°C下的長(zhǎng)期可靠性研究也獲得了可喜進(jìn)展。
[0003]現(xiàn)有的半導(dǎo)體晶圓尺寸大、質(zhì)地脆、切割跡道窄，廣泛采用激光切割。激光切割具有:加工速度快；切槽窄(10 μ m?30 μ m)，晶圓利用率較高；非接觸加工，適合薄基圓；自化動(dòng)程度高，任意圖形切割等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在重凝、熔屑和裂紋以及晶粒強(qiáng)度等一系列問(wèn)題。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]為克服現(xiàn)有激光切割中存在的不可避免的芯片表面損傷，產(chǎn)生擊穿點(diǎn)破壞芯片可靠性等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種隱形激光切割技術(shù)，通過(guò)利用短波長(zhǎng)的激光束聚焦于晶圓內(nèi)部，在內(nèi)部造成局部爆裂，形成內(nèi)部改質(zhì)層，同時(shí)形成分別朝向外部?jī)蓚?cè)的裂痕，在該裂痕上加力會(huì)導(dǎo)致樣品的裂開(kāi)。本發(fā)明提供的隱形激光切割方式不同于傳統(tǒng)激光劃片機(jī)的激光束聚焦于樣品表面，使得芯片外部不產(chǎn)生或者很少產(chǎn)生激光劃痕，由于表面區(qū)域不被破壞，所以芯片的可靠性有了更好的保證。
[0005]本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明提供了一種大功率電力電子器件晶圓隱形激光切割方法，利用激光束聚焦于所述晶圓內(nèi)部劃痕，裂片；激光束光源的波長(zhǎng)為190-355nm，激光束的功率為3-10W，激光束距離晶圓N面的聚焦距離為10-300 μ m，激光束的移動(dòng)速率為10-300mm/s。
[0007]本發(fā)明提供的隱形激光切割方法中,激光束光源波長(zhǎng)優(yōu)選190_330nm,可以?xún)?yōu)選紫外和深紫波長(zhǎng)段，相較于近紅外、紅外波長(zhǎng)，本發(fā)明選用波長(zhǎng)能量高，縮短了切割作用時(shí)間，從而進(jìn)一步的縮短激光束作用于晶圓的時(shí)間，相應(yīng)減少激光對(duì)晶圓的損傷，縮短整個(gè)切割時(shí)間及減少芯片損傷。
[0008]本發(fā)明提供的隱形激光切割方法中，激光束劃痕的溝槽深度為晶圓厚度的1/10-1/2。
[0009]本發(fā)明提供的隱形激光切割方法中溝槽深度為lum-80 μ m,優(yōu)選20-40 μ m。
[0010]本發(fā)明提供的隱形激光切割方法中，優(yōu)選的激光束的功率為5-7W，激光束距離晶圓N面的聚焦距離為40-100 μ m，激光束的移動(dòng)速率為2-50mm/s。本發(fā)明通過(guò)在晶圓內(nèi)部進(jìn)行劃痕形成爆裂點(diǎn)，不損傷晶圓表面。
[0011]本發(fā)明提供的隱形激光切割方法中，裂片為可以根據(jù)最終形成劃痕的深度及位置采用正面或背面裂片實(shí)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明涉及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。本發(fā)明還提供了一種大功率電力電子器件晶圓隱形激光切割方法制得的芯片。
[0013]本發(fā)明是利用激光束聚焦待切割晶圓內(nèi)部的方法，采取激光束切割其內(nèi)部，使激光能量作用于器件內(nèi)部，并在器件內(nèi)部爆裂，從而達(dá)到劃片的目的，激光作用區(qū)域位于芯片下半部，即靠近襯底區(qū)域。采用隱形激光切割不破壞芯片表面，最大限度地保證芯片正面的有源區(qū)，通過(guò)配合使用能量較高的紫外或深紫外波段，綜合優(yōu)化槽深及激光束光源波長(zhǎng)、功率、聚焦距離及移動(dòng)速率，得到邊緣整齊的器件，對(duì)芯片的可靠性和產(chǎn)能都有一個(gè)很大提升，3) 4)
[0014]最終獲得的碳化娃肖特基_■極管反向耐壓> 3500V,漏電流< 10uA。
[0015]也可以依據(jù)本發(fā)明提供的隱形激光切割方法參照具體實(shí)際工藝進(jìn)行正面裂片時(shí)，操作步驟:
[0016]1、將待劃片的晶圓貼于藍(lán)膜上
[0017]將已經(jīng)制備完成待切割晶圓固定于藍(lán)膜。將卡環(huán)也放置在貼膜機(jī)固定位置，待切割晶圓背面向下放置于貼膜機(jī)中心的小臺(tái)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(kāi)藍(lán)膜，取下卡環(huán)，這時(shí)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。
[0018]2、放入隱形切割機(jī)進(jìn)行劃片
[0019]將晶圓片及藍(lán)膜卡環(huán)放置在激光劃片機(jī)的載片臺(tái)上，抽真空固定藍(lán)膜的同時(shí)也將晶圓片固定片。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(kāi)始切割晶圓。
[0020]3、劃片完畢，放入裂片機(jī)進(jìn)行裂片
[0021]將切割后的樣品進(jìn)行裂片。將隱形切割后的晶圓片放入裂片機(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(dú)立的芯片了。
[0022]4、擴(kuò)片
[0023]將裂片完成后的晶圓片放在擴(kuò)片機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)片，獨(dú)立的芯片被徹底分開(kāi)。
[0024]激光劃片時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)熔融外延層，熔融的外延層可能產(chǎn)生漏電等電學(xué)缺陷，而本發(fā)明是利用激光束聚焦于芯片內(nèi)部，芯片外部不產(chǎn)生或者很少產(chǎn)生激光劃痕；
[0025]本發(fā)明采用能量高的短波長(zhǎng)激光，實(shí)現(xiàn)了切割時(shí)間短，減少損傷的目的；
[0026]本發(fā)明通過(guò)對(duì)晶圓的襯底采用激光束聚焦對(duì)準(zhǔn)，再進(jìn)行激光束劃片的方法，不損傷表面有源區(qū)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0027]圖1為將襯底片貼在藍(lán)膜上的示意圖；
[0028]圖2a為劃片時(shí)襯底不意圖；
[0029]圖2b為劃片后帶有內(nèi)部劃痕的襯底片不意圖；
[0030]圖3為翻膜后的襯底片和藍(lán)膜位置示意圖；
[0031]圖4為裂片時(shí)示意圖；
[0032]圖5為擴(kuò)片后芯片被分離開(kāi)的示意圖；
[0033]圖不中標(biāo)注為1-晶圓，2_卡環(huán)