一種雙脈衝頻率雷射分離複合SiC的方法與流程
2023-12-05 16:22:52 2
本發明涉及一種雷射分離複合SiC的方法，尤其涉及一種雙脈衝頻率雷射分離複合SiC的方法。
背景技術：
SiC是第三代半導體材料的核心材料之一，與Si、GaAs相比，SiC具有帶隙寬、熱導率高、電子飽和遷移率大、化學穩定性好等優點，因此被用於製作高溫、高頻、抗輻射、大功率和高密度的集成電子器件。利用它的寬禁帶特點還可以製作藍光、綠光和紫外光的發光器件和光電探測器件等。SiC還可以形成自然氧化層，這對製作以MOS為基礎的器件十分有利。
SiC材料以其寬禁帶、高擊穿臨界電場、高飽和速度、高熱導率、小介電常數、高電子遷移率、抗輻射能力強和結實耐磨等特性成為製作高頻、大功率、耐高溫和抗輻射器件的理想材料。在器件研製方面，碳化矽藍光LED已經商業化，高溫高壓二極體已經逐漸走向成熟。在高溫半導體器件方面，利用碳化矽材料製作的碳化矽JFET和碳化矽器件可以在無任何冷卻散熱系統下在高溫下正常工作，在航空航天、高溫輻射環境、石油勘探等方面發揮了重要作用。
SiC材料十分堅硬，在自然界中硬度僅次於金剛石，是一種非常難切割的材料。用砂輪切割必須選用主軸功率較大的設備，刀具的選擇也非常有講究，在切割過程中需要修刀才能保持刀片金剛石的尖銳性，其切割速度最大只能達到4mm/s，對於小晶片的效率極為低下，並且用砂輪切出的SiC晶片會形成一個V角，並且伴隨著背面崩邊，這樣一方面會在後期封裝的過程中存在一定尺寸風險，另一方面也會形成SiC晶片失效。
用雷射進行分離大大縮短了切割速率，最高速率能夠達到600mm/s，並且劃片槽的尺寸相比砂輪縮短到原來的1/2，相同晶片尺寸下圓片上的數量可以提高30％-50％，大大降低成本，並且通過裂片後，就不存在V角，金屬邊緣非常齊整。然而，SiC外延片表面的金屬層、介質層或者複合圖形層會帶來雷射進不去的問題或者會影響雷射進入的深度，為了確保雷射進入深度而加大雷射頻率，又會帶來另一個問題，大能量的雷射脈衝會帶來外延片的表面損傷，破壞表面金屬、介質或複合圖形，影響產品質量。
技術實現要素：
發明目的：針對以上問題，本發明提出一種雙脈衝頻率雷射分離複合SiC的方法。
技術方案：為實現本發明的目的，本發明所採用的技術方案是：一種雙脈衝頻率雷射分離複合SiC的方法，包括以下步驟：
(1)在SiC外延片上完成複合SiC圓片的製備；
(2)測量複合SiC圓片切割道區域的厚度；
(3)把複合SiC圓片貼在劃片膜上，劃片膜設於切割片架上；
(4)測量複合SiC圓片切割道區域與劃片膜的總厚度；
(5)用雷射對複合SiC圓片進行焦點校準；
(6)SiC外延片正面依次是第一層介質、第二層介質和SiC外延片；使用第一脈衝頻率雷射掃描SiC外延片正面內部靠近表面處，形成第一個V槽；
(7)使用第二脈衝頻率雷射掃描SiC外延片正面內部若干不同深度，形成若干V槽；
(8)SiC外延片背面依次是SiC外延片、第一層金屬、第二層金屬、第三層金屬、第四層金屬和膜；使用第二脈衝頻率雷射掃描第一層金屬和膜之間的位置，形成最後一個V槽；
(9)對掃描後的複合SiC圓片進行裂片，形成複合SiC晶片。
步驟(6)中，使用第一脈衝頻率雷射掃描SiC外延片正面內部1/10處，形成第一個V槽。步驟(7)中，具體包括以下步驟：使用第二脈衝頻率雷射掃描SiC外延片正面內部1/4處，形成第二個V槽；使用第二脈衝頻率雷射掃描SiC外延片正面內部1/2處，形成第三個V槽；使用第二脈衝頻率雷射掃描SiC外延片正面內部3/4處，形成第四個V槽。
第一脈衝頻率雷射的脈衝頻率為20～100KHZ，雷射掃描速度為100～400mm/S；第二脈衝頻率雷射的脈衝頻率為50～200KHZ，雷射掃描速度為200～300mm/S。
有益效果：本發明採用雙脈衝頻率雷射分離複合SiC，降低了雷射對劃片槽的要求，提高了SiC晶片的良品率和切割效率，同時也提高了SiC圓片單位面積上的晶片數量；第一脈衝頻率雷射的掃描在SiC外延片表面和兩層介質上切開了一定光路寬度，解決了劃片槽有金屬、介質或複合圖形帶來的雷射進不去的問題，同時加深了第二脈衝頻率雷射進入的深度，且第一脈衝頻率雷射產生的能量小，可以實現表面低損傷處理，不會破壞表面金屬、介質或複合圖形層；增強第二脈衝頻率雷射的焦點能量，實現掃面點持續向下灼燒的作用，第二脈衝頻率雷射能量大，能夠切開複合SiC圓片。
附圖說明
圖1是雷射掃描第一個V槽的位置示意圖；
圖2是雷射掃描第二個V槽的位置示意圖；
圖3是雷射掃描第三個V槽的位置示意圖；
圖4是雷射掃描第四個V槽的位置示意圖；
圖5是雷射掃描第五個V槽的位置示意圖；
圖6是裂片後的複合SiC晶片。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。
本發明所述的雙脈衝頻率雷射分離複合SiC的方法，包括以下步驟：
S1：在SiC外延片103上完成複合SiC圓片的製備，複合SiC圓片的總厚度為210～410μm。
S2：測量複合SiC圓片切割道區域的厚度。
S3：把複合SiC圓片貼在劃片膜上，劃片膜設於切割片架上，劃片膜為藍膜或UV膜。
S4：測量複合SiC圓片切割道區域與劃片膜的總厚度。
S5：使用雷射對圓片進行焦點校準。
S6：使用第一脈衝頻率雷射掃描SiC外延片103正面的兩層介質101、102以及SiC外延片103正面內部靠近表面處，可以是正面內部1/10處，形成第一個V槽，如圖1所示，示出了此次雷射掃描的位置。
第一脈衝頻率雷射的脈衝頻率為20～100KHZ，雷射掃描速度為100～400mm/S，焦距鏡採用F10～120，雷射功率衰減模組角度為82～105°，第一個V槽在SiC外延片103正面開的寬度為30～80μm，與正面之間的距離為5～20μm。
第一脈衝頻率雷射的掃描在SiC外延片表面和兩層介質上切開了一定光路寬度，解決了劃片槽有金屬、介質或複合圖形帶來的雷射進不去的問題，同時加深了第二脈衝頻率雷射進入的深度，且第一脈衝頻率雷射產生的能量小，可以實現表面低損傷處理，不會破壞表面金屬、介質或複合圖形層。
S7：使用第二脈衝頻率雷射掃描SiC外延片正面內部若干不同深度，形成若干V槽；例如可以使用第二脈衝頻率雷射掃描SiC外延片103正面內部1/4處，形成第二個V槽，如圖2所示，示出了此次雷射掃描的位置。
第二脈衝頻率雷射的脈衝頻率為50～200KHZ，雷射掃描速度為200～300mm/S，焦距鏡採用F10～120，雷射功率衰減模組角度為82～85°，第二個V槽在SiC外延片103正面的距離為90～100μm。
增強第二脈衝頻率雷射的焦點能量，實現掃面點持續向下灼燒的作用，第二脈衝頻率雷射能量大，能夠切開複合SiC圓片。
S8：使用第二脈衝頻率雷射掃描SiC外延片103正面內部1/2處，形成第三個V槽，如圖3所示，示出了此次雷射掃描的位置。
第二脈衝頻率雷射的脈衝頻率為50～200KHZ，雷射掃描速度為200～300mm/S，焦距鏡採用F10～120，雷射功率衰減模組角度為82～87°，第三個V槽在SiC外延片103正面的距離為180～200μm。
S9：使用第二脈衝頻率雷射掃描SiC外延片103正面內部3/4處，形成第四個V槽，如圖4所示，示出了此次雷射掃描的位置。
第二脈衝頻率雷射的脈衝頻率為50～200KHZ，雷射掃描速度為200～300mm/S，焦距鏡採用F10～120，雷射功率衰減模組角度為82～90°，第四個V槽在SiC外延片103正面的距離為275～300μm。
S10：如圖5所示，SiC外延片103背面依次濺射有第一層金屬104、第二層金屬105、第三層金屬106和第四層金屬107，第四層金屬107下面為膜108。使用第二脈衝頻率雷射掃描第一層金屬104和膜108之間的位置，形成第五個V槽，如圖5所示，示出了此次雷射掃描的位置。
第二脈衝頻率雷射的脈衝頻率為50～200KHZ，雷射掃描速度為200～300mm/S，焦距鏡採用F10～120，雷射功率衰減模組角度為82～95°，第五個V槽在SiC外延片103正面的距離為360～400μm。
兩層介質101、102是採用等離子體增強化學氣相澱積方法(PECVD)或者感應耦合等離子體增強化學氣相澱積方法(ICP-PECVD)形成的二氧化矽或者氮化矽，每個介質層的厚度為0.2～0.9μm；而第一層金屬104、第二層金屬105、第三層金屬106和第四層金屬107可以採用濺射方式，也可以採用電子束蒸發方式形成，每個金屬層的厚度為6～9μm。
S11：對全部掃描完後的複合SiC圓片進行裂片，形成複合SiC晶片，如圖6所示。裂片在劃片槽中進行，劃片槽的寬度設計為雷射掃描後SiC外延片損失部分的寬度的10～30倍。
步驟S6至步驟S10中的雷射波長為355～1064nm，脈衝頻率為20～200KHZ。
採用雙脈衝頻率雷射分離複合SiC，降低了雷射對劃片槽的要求，提高了SiC晶片的良品率和切割效率，同時也提高了SiC圓片單位面積上的晶片數量。