[發(fā)明專利]晶圓切割方法及切割設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110600517.4
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113369677B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 詹蘇庚;王紅;吳迪;張震;彭立和;李志鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳賽意法微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/304
• 分類號: H01L21/304;H01L21/67;H01L21/8252;B23K26/02;B23K26/046;B23K26/06;B23K26/38;B23K26/60
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)哲力專利商標事務(wù)所(普通合伙) 44288
• 代理人: 李健

本發(fā)明公開的晶圓切割方法，通過提供的晶圓切割設(shè)備實施，包括了S10預(yù)處理步驟、S20切割道中心定位步驟、S30第一激光裝置定位步驟、S40第一開槽步驟、S50第二開槽步驟、S60第三開槽步驟、S70第二激光裝置定位步驟、S80激光槽開槽步驟和S90切割步驟。通過采用單束窄激光分層次開槽，從而形成激光槽，然后再進行切割的工藝，有效解決了現(xiàn)有氮化鎵基晶圓切割工藝存在的容易導(dǎo)致芯片失效的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及晶圓切割技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及使用激光對晶圓進行切割的切割方法及切割設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，如第五代移動通信(5G)、新能源等，對芯片所要適應(yīng)的環(huán)境變化也越來越苛刻，如抗高壓、抗高溫、抗輻射、承載大功率等，傳統(tǒng)的芯片在這些領(lǐng)域已經(jīng)不能滿足要求。為適應(yīng)這種需求，以氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體芯片材料得到巨大的發(fā)展。

氮化鎵是一種直接能隙(direct bandgap)的新型半導(dǎo)體材料。對比硅，氮化鎵的禁帶寬度大3倍，飽和電子漂移速度大3倍，電子遷移速率為1.5倍，擊穿場強高10倍，熱導(dǎo)率高2倍。氮化鎵對比氮化硅半導(dǎo)體材料來說也具有更高的帶隙(3.4電子伏特)和更高電子遷移率。因此使用氮化鎵基芯片可以降低50％以上的能量損失，同時可以減少75％以上的體積。目前以氮化鎵基芯片的半導(dǎo)體器件已經(jīng)在要求高功率、高速的光電領(lǐng)域、快速充電器上得到了應(yīng)用。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，消費者對電子產(chǎn)品提出小、輕、薄、功能更強大、能耗更低、高放大效率和快速散熱等需求。而這些需求的滿足更要求芯片具有多功能化、精密化和更高集成化。因此，對使用第三代半導(dǎo)體材料制作的芯片的需求也將越來越多。

由于對第三代半導(dǎo)體材料(如氮化鎵)的芯片要求其能工作在高壓、高溫、輻射、需承載大功率等特性環(huán)境中，因此對此類半導(dǎo)體器件的封裝工藝提出了更高的要求。其中，尤其是在封裝的晶圓切割方面，傳統(tǒng)的采用晶圓刀片切割的工藝存在晶圓崩邊、正面脫皮、側(cè)面微暗裂、晶圓破裂等芯片切割質(zhì)量問題，以及逆刀、斷刀等可靠性方面問題，逐步被市場所淘汰。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的采用晶圓刀片切割的工藝，現(xiàn)有技術(shù)對第三代半導(dǎo)體材料的晶圓進行切割，主要采用雙束激光開槽工藝。具體操作如下，通過激光裝置產(chǎn)生兩束激光。兩束激光的距離接近切割道的寬度。然后通過反復(fù)燒融在切割道的邊緣開出兩道開口槽，再采用寬激光束在開口槽之間反復(fù)燒融，從而使得相鄰切割道之間的芯片分割開。具體的技術(shù)細節(jié)可參閱本申請人在先申請的公開號為CN109352185A《氮化硅基晶圓的激光分束切割方法》。但是發(fā)明人在使用上述現(xiàn)有技術(shù)方案對氮化鎵基晶圓切割時還是存在一些問題。由于氮化鎵基晶圓的特殊工藝，如圖1所示，其在切割道有各種測試用的金屬區(qū)域，金屬區(qū)域之間填充幾層透明的物質(zhì)，因此在同一切割道存在不同高度的區(qū)域。采用雙束激光在同一位置來回燒融工藝，由于同一束激光的能量固定，其不能滿足各個不同區(qū)域能量消融的需求。一次性能量過高在氮化鎵晶圓正面會造成嚴重的氣泡裂痕、崩邊和脫皮等問題(如圖5)；多次性能量集中在同一個區(qū)域會導(dǎo)致熱損傷區(qū)域較大，造成氮化鎵基芯片性能失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例針對現(xiàn)有技術(shù)提供的氮化鎵基晶圓切割工藝進行改進，通過采用單束窄激光分層次開槽，從而形成激光槽，有效解決了現(xiàn)有氮化鎵基晶圓切割工藝存在晶圓正面嚴重的氣泡裂痕、崩邊和脫皮等問題以及易導(dǎo)致芯片失效的問題。

本發(fā)明實施例提供的晶圓的切割方法，用于切割第三代半導(dǎo)體材料(如氮化鎵)為基底的晶圓，包括以下步驟：

S10：對所述晶圓進行預(yù)處理；

S20：將所述晶圓固定在切割平臺，并對所述晶圓進行定位，以確定所述晶圓的每個切割道的切割道中心；

S30：使得激光裝置位于第一切割道的第一邊緣上；