[發(fā)明專利]固體激光剝離和切割一體化設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910136458.9
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101882578A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張國義;楊欣榮;何明坤;孫永健
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞市中鎵半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/304
• 分類號: H01L21/304;H01L21/78;B28D5/04;B23K26/00
• 代理公司: 北京市浩天知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11276
• 代理人: 許志勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體加工領(lǐng)域，更具體地說涉及采用固體激光對半導體薄膜材料的剝離和切割的一體化設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備同時具有激光剝離半導體材料和劃片(切割)功能。激光通過專用的光路整型成特定的形狀及特定的光場分布，通過聚焦照射到多層材料之間的界面上，分解界面材料以達到剝離膜層與襯底的功能。同時，由于使用的是大功率固體激光器，所以，可能同時使用另一個光束整型系統(tǒng)，產(chǎn)生一束能用于劃片(切割)的激光，這樣在移動平臺與機器視覺系統(tǒng)的配合下，同時能具有半導體材料的劃片(切割)功能，提供一個多功能的激光微加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)

以GaN以及InGaN，AlGaN為主的III/V氮化物是近年來備受關(guān)注的半導體材料，其1.9eV-6.2eV連續(xù)可變的直接帶隙，優(yōu)異的物理、化學穩(wěn)定性，高飽和電子遷移率等等特性，使其成為激光器、發(fā)光二極管等等光電子器件和微電子器件的優(yōu)選材料。

然而，由于GaN本身生長技術(shù)的限制，現(xiàn)今的大面積GaN材料大多生長在藍寶石襯底上。雖然藍寶石襯底上生長的GaN質(zhì)量很高，應(yīng)用也最廣，可是由于藍寶石的不導電及較差的導熱特性，極大地限制了GaN基半導體器件的發(fā)展。為了回避這一不足，GaN薄膜在藍寶石上生長成功后，將藍寶石去除的方法發(fā)明了，去除襯底后的GaN薄膜依需要可以鍵合在更好的熱沉或作為同質(zhì)外延的襯底材料。在藍寶石去除的過程中，主要應(yīng)用的方法就是激光剝離技術(shù)。

襯底剝離技術(shù)(Lift-off)首先由美國惠普公司在AlGaInP/GaAs?LED上實現(xiàn)，因為GaAs襯底使得LED內(nèi)部光吸收損失非常大。通過剝離GaAs襯底，然后粘接在透明的GaP襯底上，可以提高近2倍的發(fā)光效率。GaN基材料的激光剝離(LLO)技術(shù)是基于GaN的異質(zhì)外延發(fā)展的一項技術(shù)，是美國M.K.Kelly等人于1996年提出的，利用YAG的3倍頻激光剝離在藍寶石襯底上氫化物氣相外延(HVPE)生長的厚膜GaN。1998年W.S.Wong等人利用LLO技術(shù)制備GaN基的LED和激光二極管，激光剝離工藝受到了人們的廣泛重視。

激光剝離技術(shù)解決了藍寶石襯底上GaN基LED存在的諸如散熱、電流聚集以及出光效率低等一系列問題，是解決上述照明應(yīng)用障礙的最有潛力的技術(shù)。首先，外延片轉(zhuǎn)移到高熱導率的熱沉上，極大地改進了LED芯片的散熱效率，降低LED的結(jié)溫，結(jié)溫的降低將大大提高LED的發(fā)光效率和可靠性，增加LED的壽命。激光剝離技術(shù)由于減少刻蝕、磨片、劃片等工藝，而且剝離出來的藍寶石襯底可以重復運用，有效地節(jié)約工藝成本。

目前商業(yè)化的激光剝離設(shè)備主要有美國JPSA公司IX-1000型激光剝離機，采用的是大功率KrF準分子激光器，波長為248nm，脈沖寬度在25-38ns不等，通過對能量的精確控制及光束能量分布的勻化后，照射到GaN緩沖層上，使之分解為金屬鎵和氮氣，從而實現(xiàn)GaN膜層與襯底的剝離。除了KrF準分子激光器外，Q開關(guān)的YAG三倍頻固體激光器也被應(yīng)用，主要有美國M.K.Kelly小組和臺灣R.H.Horng小組。固體激光器通過Q開關(guān)技術(shù)可以達到較高的脈沖能量，而且維護比較方便，但由于技術(shù)限制，這種方案一直沒有成熟的商品設(shè)備。

目前商業(yè)化的芯片的激光切割設(shè)備，都比較成熟了。國際主流的供應(yīng)商有日本的DISCO，東京精密等。這些廠家都推出了成功的DPSS激光切割設(shè)備。

上述的剝離和切割方法有如下的特點：

1.使用逐片剝離工藝(chip?by?chip)，通過大光斑(光斑大于或等于一個元件(chip))進行剝離。

2.光斑大小要依據(jù)器件單元的尺寸改變。

3.光斑的能量分布均勻，呈平頂狀。

4.光斑能量大，一般能量密度大于0.6J/cm2。

5.使用移動工作臺加視覺識別系統(tǒng)完成各個器件單元的和激光光斑的對準。

6.使用DPSS激光器做為激光切割機的光源。

現(xiàn)在剝離技術(shù)中，采用激光器采用KrF準分子激光器，這種激光器由于脈沖頻率較低，所以，對于剝離后的芯片切割，沒有采用激光切割的方式，而是依熱沉的不同，采用金剛石刀片切割，有的使用DPSS激光劃片然后使用機械裂片的方式，這兩種方式都可以解決芯片分離的問題。

經(jīng)過產(chǎn)業(yè)界最近幾年的應(yīng)用，上述解決方案雖然解決了剝離的問題，也解決了激光切割芯下的問題，但同時也出現(xiàn)了一些問題，主要有以下幾點：

1.KrF激光器的特點，無法保證每個激光脈沖的能量穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)能量波動，從而破壞元器件結(jié)構(gòu)，降低良品率。