本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法。

背景技術(shù)：

目前，無論是消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)車(ev)或家用電器，工程師正面對(duì)更加嚴(yán)格的要求，必須提升電源轉(zhuǎn)換效能、提高功率密度水準(zhǔn)、延長(zhǎng)電池使用時(shí)間以及加快開關(guān)速度。這一切皆意味著電子產(chǎn)業(yè)將會(huì)變得越來越依賴于新型的功率半導(dǎo)體，采用不再以硅(si)為基礎(chǔ)的制程技術(shù)。隨著容量可能達(dá)到前所未有的性能基準(zhǔn)，氮化鎵(gan)正成為一項(xiàng)新興的制程技術(shù)，影響電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的未來發(fā)展。在任何電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，某種程度的電源轉(zhuǎn)換損耗是肯定的，但由于寬頻間隙，gan明顯比硅表現(xiàn)出更低的損耗，這也意味著更好的電源轉(zhuǎn)換效能。因?yàn)間an晶圓片可比等效的硅晶圓片更小，使用此技術(shù)的元件可被置于尺寸更小的封裝規(guī)格中。由于其高流動(dòng)性，gan在用于要求快速開關(guān)的電路中效能極高。而且，提高的開關(guān)速度也有助于節(jié)省空間，因?yàn)殡娫措娐匪粍?dòng)元件可以更少，配套的磁性元件中使用的線圈可以更小。此外，gan提供的更高的電源轉(zhuǎn)換效能意味著更少的散熱量，縮小了需要分配給熱管理的空間。由于gan具有一些和硅有所區(qū)別的關(guān)鍵功能，令它特別適合功率應(yīng)用。

目前主流的自支撐氮化鎵晶圓片的制造工藝是采用氣相鹵素外延(hvpe)制造的，在生產(chǎn)過程中，氮化鎵晶圓片的邊緣存在較大的位錯(cuò)以及結(jié)構(gòu)缺陷，一般而言，在進(jìn)行表面處理之前，需要對(duì)自支撐氮化鎵晶圓片的邊緣進(jìn)行切割從而規(guī)整晶圓片形狀，去除結(jié)構(gòu)缺陷部分。傳統(tǒng)的氮化鎵晶圓片邊緣處理方式是采用磨輪或者刀具進(jìn)行機(jī)械磨削，并且需要特殊夾具對(duì)氮化鎵進(jìn)行固定。這種進(jìn)行機(jī)械磨削的方式耗時(shí)長(zhǎng)、成本高且效率低。

切邊和切槽是標(biāo)記晶圓片的晶面的一種方法，其代表晶面取向。一般而言，8英寸以下的晶圓片采用切邊標(biāo)記5(如圖1所示)，8英寸及8英寸以上的晶圓片采用切槽標(biāo)記6(如圖2所示)?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于硅材料而言，其進(jìn)行切邊和切槽處理是在晶棒上進(jìn)行磨削和切割，主要工具是金剛石刀具和磨具，但是這對(duì)于外延生長(zhǎng)的晶體并不使用，尤其是對(duì)硬脆質(zhì)材料，在切割過程中，容易造成產(chǎn)品碎裂，并且刀具的磨損也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅材料加工的損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中處理氮化鎵晶圓片邊緣時(shí)耗時(shí)長(zhǎng)、成本高且效率低等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，所述處理方法為采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理。

作為本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理的步驟包括：

s1，在待處理的氮化鎵晶圓片邊緣設(shè)置預(yù)切割圖形，然后將所述氮化鎵晶圓片置于激光工作臺(tái)上，調(diào)整所述氮化鎵晶圓的位置，確定所述氮化鎵晶圓表面與激光束垂直，所述氮化鎵晶圓片中心點(diǎn)與所述激光工作平臺(tái)中心點(diǎn)重合；

s2，將所述激光束聚焦于所述預(yù)切割圖形位置進(jìn)行切割，從而完成全切和切邊或者切槽處理。

作為本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟s2中，在進(jìn)行切割的同時(shí)使用保護(hù)性氣體對(duì)切割位置進(jìn)行同軸吹掃。

本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，所述保護(hù)性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤?、氖氣、氦氣惰性氣體中的一種或多種的混合氣體。

本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，進(jìn)行所述步驟s2之后，還包括對(duì)邊緣切割面進(jìn)行清洗的步驟。

本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，采用光纖激光器激發(fā)的激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理。

本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，所述激光的焦距位于所述氮化鎵晶圓片邊緣位置的表面至底面之間。

本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，所述激光束的光斑直徑不超過100微米，激光器基模參數(shù)m²小于1.8，所述激光束的脈沖頻率不超過1000hz，所述激光束的脈沖能量不低于0.1w，所述激光束掃描速度不低于2mm/s。

本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為20～400℃。

本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優(yōu)化的方案，所述氮化鎵晶圓片邊緣切割厚度超過300微米。

如上所述，本發(fā)明的氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切(full-cut)和切邊或者切槽處理。通過高能量激光對(duì)氮化鎵晶圓片進(jìn)行燒蝕去除邊緣部分，具有耗時(shí)短，耗材少，維護(hù)成本低，效率高，適用于對(duì)各種尺寸氮化鎵晶體進(jìn)行邊緣處理。

附圖說明

圖1為晶圓片上切邊標(biāo)記示意圖。

圖2為晶圓片上切槽標(biāo)記示意圖。

圖3為本發(fā)明氮化鎵晶圓片邊緣處理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明另一種氮化鎵晶圓片邊緣處理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

1光纖激光器

2激光束

3工作平臺(tái)

4氮化鎵晶圓片

5切邊標(biāo)記

6切槽標(biāo)記

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱附圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

從晶錠制作成為晶圓片，具體包括晶面標(biāo)記(切邊或者切槽)，切割，邊緣切割，邊緣研磨，倒角處理，研磨拋光，編碼標(biāo)記，清洗等步驟。目前，硅晶圓片的生產(chǎn)是最為成熟和成功的，在其制造過程中，主要采用金剛石刀具或者機(jī)械磨削等方式進(jìn)行邊緣切割。另外，藍(lán)寶石作為一種硬脆質(zhì)材料，其采用拉伸法制造出晶棒，然后采用滾棒的處理方式進(jìn)行形狀的處理，再采用機(jī)械切割的方式切割成片，因此，切割成片后的晶圓片邊緣已經(jīng)是規(guī)則且質(zhì)量好的，因此不需要進(jìn)行邊緣切割去除。但是對(duì)于氮化鎵這種硬脆質(zhì)化合物材料，主是利用外延工藝生長(zhǎng)獲得的晶圓片，其邊緣結(jié)構(gòu)缺陷較多，形狀不規(guī)整，因此需要將邊緣部分去除。如果采用接觸式的機(jī)械加工方式進(jìn)行氮化鎵晶圓片邊緣切割處理，其損傷和風(fēng)險(xiǎn)是較大的。有鑒于此，本發(fā)明提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，可以降低氮化鎵晶圓片碎片風(fēng)險(xiǎn)，且處理效率高。

本實(shí)施方式提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，所述處理方法為采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理。

作為示例，本實(shí)施方式采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理的步驟包括：

s1，如圖3所示，在待處理的氮化鎵晶圓片4邊緣設(shè)置預(yù)切割圖形，然后將所述氮化鎵晶圓片4置于激光工作臺(tái)3上，調(diào)整所述氮化鎵晶圓4的位置，確定所述氮化鎵晶圓4表面與激光束2垂直，所述氮化鎵晶圓片4的中心點(diǎn)與所述激光工作平臺(tái)3的中心點(diǎn)重合。

所述預(yù)切割圖形主要是用來確定切割位置，其圖形形狀不限，主要是根據(jù)氮化鎵晶圓片邊緣上結(jié)構(gòu)缺陷的位置來定，所設(shè)置的預(yù)切割圖形只要能將邊緣結(jié)構(gòu)缺陷與中間質(zhì)量好的晶圓片分開即可。

由于采用激光切割為非接觸式切割，因此不需要設(shè)計(jì)專門的夾具對(duì)所述氮化鎵晶圓片進(jìn)行夾持。

本步驟中，進(jìn)行全切時(shí)(即一次將所述氮化鎵晶圓片切穿)，需要在所述預(yù)切割圖形區(qū)域的下方留出一定的空間，防止激光損壞工作平臺(tái)。另外，激光工作平臺(tái)的面積為切割后晶圓片面積的75％至90％。作為其中的一種實(shí)施方式，可以在所述工作平臺(tái)3表面設(shè)置一溝槽，該溝槽位于氮化鎵晶圓片4的下方，此時(shí)，氮化鎵晶圓片4的邊緣仍在工作平臺(tái)1上，如圖3所示。這樣，切割后的氮化鎵廢棄物被氣體直接吹掃掉落在激光工作平臺(tái)一側(cè)的收集裝置中，不會(huì)污染工作平臺(tái)，對(duì)后續(xù)的晶圓片切割沒有影響。

在另一實(shí)施方式中，沒有在工作平臺(tái)3上設(shè)置溝槽，而是直接將氮化鎵晶圓片4的邊緣懸空于工作平臺(tái)3外，如圖4所示，這樣，切割后的氮化鎵廢棄物直接在平臺(tái)上的收集裝置中，這種實(shí)施方式無需進(jìn)行氣體吹掃。

s2，將激光束2聚焦于所述預(yù)切割圖形位置進(jìn)行切割，從而完成全切和切邊或者切槽處理。。

本步驟中，優(yōu)選采用光纖激光器1激發(fā)的激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片4邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理。對(duì)于光纖激光器，其輸出穩(wěn)定，工作年限長(zhǎng)，目前光纖激光器的使用時(shí)間可以超過5年，另外，光纖激光器操作簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，光纖激光器可以提供各種頻率，脈沖激光能量，適用性強(qiáng)。再者，光纖激光器的激光波長(zhǎng)大于氮化鎵禁帶寬度，激光作用于氮化鎵晶體主要以熱燒蝕為主。同時(shí)，在高功率要求下，光纖激光器的光束直徑小，激光質(zhì)量高。更優(yōu)地，采用雙包層有源光纖的高功率光纖激光器，信號(hào)激光在小直徑的圓對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的纖芯中產(chǎn)生和傳播，從而可以獲得極小直徑的高質(zhì)量激光束，切割質(zhì)量更好。

本實(shí)施例通過光纖激光束對(duì)氮化鎵晶圓片進(jìn)行邊緣切割，可以極大提高加工效率，減少碎片風(fēng)險(xiǎn)，并且加工方便可控。

為了對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行更加快速有效地切割，所述激光束的焦距位于所述氮化鎵晶圓片邊緣位置的表面至底面之間。優(yōu)選地，所述激光束的焦距位于所述氮化鎵晶圓片邊緣位置的中心點(diǎn)至底面位置。最優(yōu)地，所述激光束焦距位于所述氮化鎵晶圓片邊緣位置表面至底面的中心位置。

作為示例，所述激光束的光斑直徑不超過100微米，所述激光束的脈沖頻率不超過1000hz，所述激光束的平均脈沖功率不低于0.1w，所述激光束掃描速度不低于2mm/s。優(yōu)選地，所述激光束的光斑直徑不超過75微米，所述激光束的脈沖頻率不超過700hz，所述激光束的平均脈沖功率不低于0.15w，所述激光束掃描速度不低于2.5mm/s。更優(yōu)地，所述激光束的光斑直徑不超過50微米，所述激光束的脈沖頻率不超過900hz，所述激光束的平均脈沖功率不低于0.2w，所述激光束掃描速度不低于5mm/s。最優(yōu)地，本實(shí)施例中，所述激光束的光斑直徑為50微米，所述激光束的脈沖頻率為400hz，所述激光束的平均脈沖功率0.25w，所述激光束掃描速度為10mm/s。

激光器基模(tem00模)是激光器橫電磁模式的一種，即光束截面中任意一點(diǎn)光強(qiáng)不為零，也就是高斯模式。本發(fā)明中所述激光器基模參數(shù)指的是m²參數(shù)，m²＝π*bbp/λ，其中λ為激光波長(zhǎng)，bbp為焦點(diǎn)半徑與遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角的乘積。m²來的數(shù)值可以表征激光質(zhì)量，相同波長(zhǎng)下，數(shù)值越小，激光束質(zhì)量越好。

優(yōu)選地，本發(fā)明所使用的激光器的基模參數(shù)(m²)小于1.8，更選地，激光器基模參數(shù)小于1.5，最優(yōu)地，激光器基模參數(shù)小于1.2。本實(shí)施例中，所述激光器基模參數(shù)為1.3。

作為示例，采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為20～400℃。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，可以有效將所述氮化鎵晶圓片的邊緣切除以及進(jìn)行切邊或切槽標(biāo)記。優(yōu)選地，采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為50-300℃；更優(yōu)地，采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為100-250℃；最優(yōu)地，采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為100-150℃。本實(shí)施例中，采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為25℃。

本步驟中，優(yōu)選地，在進(jìn)行切割的同時(shí)需要使用保護(hù)性氣體對(duì)切割位置進(jìn)行同軸吹掃。所述同軸吹掃是指保護(hù)性氣體的吹除方向與激光束方向相同，其中心點(diǎn)處于同一軸線上。一方面，使用同軸的保護(hù)性氣體可以保護(hù)激光頭(lasernozzle)，使激光頭免于切割時(shí)所生成的物質(zhì)的污染和破壞，另外，保護(hù)性氣體也對(duì)切割道中的切割生成物質(zhì)進(jìn)行吹掃，減少生成物質(zhì)對(duì)切割效果的影響。所述保護(hù)性氣體可以是氮?dú)?，也可以是或者氬氣、氖氣、氦氣惰性氣體中的一種或多種的混合氣體，在此不限。本實(shí)施例中，所述保護(hù)性氣體選擇為氮?dú)?，氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，儲(chǔ)存簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。在其他實(shí)施例中，若要求更好的表面特性，可以選擇氬氣，氖氣，氦氣或者其混合氣體進(jìn)行吹掃。

并且，在本實(shí)施方式中，進(jìn)行氮化鎵晶圓片的切割之后，還包括對(duì)邊緣切割面進(jìn)行清洗的步驟。優(yōu)選采用化學(xué)清洗方式對(duì)邊緣切割面進(jìn)行清洗。由于氮化鎵吸收激光后會(huì)發(fā)生分解，成為金屬鎵和氮?dú)?，采用化學(xué)溶液對(duì)切割處理后的氮化鎵晶圓片進(jìn)行清洗，金屬鎵可以和化學(xué)溶液反應(yīng)，采用化學(xué)溶液可以去除氮化鎵晶圓片被激光分解出的金屬鎵，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氮化鎵晶圓片切割面的清洗?；瘜W(xué)溶液的濃度高低將直接影響氮化鎵晶圓片的清洗時(shí)間，濃度越高，清洗效率越高。在本實(shí)施方式中，化學(xué)溶液可以為酸性溶液或堿性溶液，酸性溶液可以采用稀鹽酸或稀硫酸，堿性溶液可以采用氫氧化鉀溶液。當(dāng)然，在其他的實(shí)施方式中，也可以采用其他化學(xué)溶液，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氮化鎵晶圓片的切割面進(jìn)行清洗即可。

具體的，可以先采用氯化氫清洗，去除表面殘留的金屬鎵和其他雜質(zhì)；然后采用氫氧化鉀清洗；最后用去離子水清洗，并用氮?dú)廨o助甩干。

通過本發(fā)明提供的激光束，可以達(dá)到切割厚度超過1000微米的量級(jí)，而一般的氮化鎵晶圓片為300至650微米，因此，完全可以一次性將氮化鎵晶圓片邊緣切割掉，獲得規(guī)則且結(jié)構(gòu)完美的氮化鎵晶圓片。

綜上所述，本發(fā)明提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，所述處理方法主要采用激光對(duì)所述氮化鎵晶圓片邊緣進(jìn)行全切(full-cut)和切邊或者切槽處理。通過高能量激光對(duì)氮化鎵晶圓片進(jìn)行燒蝕去除邊緣部分，具有耗時(shí)短，耗材少，維護(hù)成本低，效率高，適用于對(duì)各種氮化鎵晶體進(jìn)行邊緣處理。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。