[發明專利]一種大功率電力電子器件晶圓隱形激光切割方法

有效

• 申請號: 201410849579.9
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104625425B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 田亮;楊霏
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院
• 主分類號: B23K26/364
• 分類號: B23K26/364;B23K26/402
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

【技術領域】

本發明涉及一種半導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】

電力電子器件的使用環境、條件越來越惡劣，要適應高頻、大功率、耐高溫、抗輻照等特殊環境。為了滿足未來電子器件需求，必須采用新的材料，以便最大限度地提高電子元器件的內在性能。近年來，新發展起來的第三代半導體材料-寬禁帶半導體材料，例如碳化硅、氮化鎵等具有熱導率高、電子飽和速度高、擊穿電壓高、介電常數低等特點，這就從理論上保證了其較寬的適用范圍。寬禁帶半導體技術已成為當今電子產業發展的新型動力。從目前寬禁帶半導體材料和器件的研究情況來看，研究重點多集中于碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)技術，其中SiC技術最為成熟，研究進展也較快。近年來，以SiC和GaN為代表的寬禁帶半導體材料的發展開啟了半導體產業的新局面，電力電子器件技術和產業迎來了一個不約而同地遵循以政府投入為先導，大型跨國巨頭公司積極跟進的發展路線。這些大型公司以美國通用電氣、仙童公司、德國西門子、英飛凌，瑞士ABB，日本三菱、富士、東芝等為代表。美國Rutgers大學報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n型漂移區濃度為5.6×10¹⁵cm^-3，厚度為115μm，并采用了多臺階的結終端技術來提高擊穿電壓，在電流密度48A/cm²下，該器件的正向壓降為6V，比導通電阻為97mΩcm²，品質因子為1202MW/cm²。Cree研制的1200V 4H-SiC場效應管導通電阻為10mΩcm²，正向電流為100A，而該器件的尺寸僅為7mm×7mm，只有Si器件的5％。該公司還制成了阻斷電壓為2kV的場效應晶體管，正向電流為50A，而器件的尺寸僅為5.5mm×5.5mm。據報道，4H-SiC場效應管最高阻斷電壓已經達到10kV，正向電流達20A。隨著阻斷電壓和導通電阻等器件性能不斷提高，此種器件的可靠性尤其在300℃下的長期可靠性研究也獲得了可喜進展。

現有的半導體晶圓尺寸大、質地脆、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(10μm～30μm)，晶圓利用率較高；非接觸加工，適合薄基圓；自化動程度高，任意圖形切割等優點，同時也存在重凝、熔屑和裂紋以及晶粒強度等一系列問題。

【發明內容】

為克服現有激光切割中存在的不可避免的芯片表面損傷，產生擊穿點破壞芯片可靠性等問題，本發明提供了一種隱形激光切割技術，通過利用短波長的激光束聚焦于晶圓內部，在內部造成局部爆裂，形成內部改質層，同時形成分別朝向外部兩側的裂痕，在該裂痕上加力會導致樣品的裂開。本發明提供的隱形激光切割方式不同于傳統激光劃片機的激光束聚焦于樣品表面，使得芯片外部不產生或者很少產生激光劃痕，由于表面區域不被破壞，所以芯片的可靠性有了更好的保證。

本發明的目的是采用以下技術方案實現的：

本發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部劃痕，裂片；激光束光源的波長為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10-300μm，激光束的移動速率為10-300mm/s。

本發明提供的隱形激光切割方法中，激光束光源波長優選190-330nm，可以優選紫外和深紫波長段，相較于近紅外、紅外波長，本發明選用波長能量高，縮短了切割作用時間，從而進一步的縮短激光束作用于晶圓的時間，相應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。

本發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。

本發明提供的隱形激光切割方法中溝槽深度為1um-80μm，優選20-40μm。

本發明提供的隱形激光切割方法中，優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40-100μm，激光束的移動速率為2-50mm/s。本發明通過在晶圓內部進行劃痕形成爆裂點，不損傷晶圓表面。

本發明提供的隱形激光切割方法中，裂片為可以根據最終形成劃痕的深度及位置采用正面或背面裂片實現。

本發明涉及的晶圓為第三代寬緊帶半導體材料，包括碳化硅、氮化鎵等。本發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。