[發(fā)明專利]一種基于激光輔助腐蝕溶液切割硅晶圓的加工方法

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• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114147368A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志文;王成金;田文濤;魏娟;袁偉;鄭宏宇
• 申請（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/60;B23K26/70;C09K13/02;H01L21/78
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本發(fā)明公開了一種基于激光輔助腐蝕溶液切割硅晶圓的加工方法，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。激光輔助腐蝕溶液濕法切割硅是一種無需掩模圖形腐蝕的方法，利用激光實現(xiàn)對浸入腐蝕溶液中硅晶圓的切割。激光束經(jīng)過透鏡在硅晶圓表面聚焦，焦點處硅晶圓材料及腐蝕溶液吸收激光能量并瞬間轉(zhuǎn)化為熱能，使表面溫度升高，加快硅與腐蝕溶液的化學(xué)反應(yīng)速率，實現(xiàn)對硅晶圓的切割。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的激光燒蝕切割硅和濕法刻蝕工藝，具有硅槽深寬比高、切縫干凈光滑、無需制作圖形掩膜以及腐蝕速率快的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于激光輔助腐蝕溶液切割硅晶圓的加工方法。

背景技術(shù)

硅晶圓在半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。晶圓經(jīng)集成電路工藝后需要進行切割，形成分立的芯片。通常采用金剛石刀切割的方法。但此方法容易引起崩邊、裂紋，機械應(yīng)力較大，不適用于超薄超大晶圓的切割。

激光切割技術(shù)是一種非接觸式加工工藝，改變了傳統(tǒng)接觸時切割的弊端。激光切割技術(shù)憑借效率高、精度高、切縫窄、速度快等特點在硅晶圓材料加工過程中獲得廣泛應(yīng)用，但激光直接燒蝕材料時會產(chǎn)生熱影響區(qū)以及材料沉積等問題，造成切縫質(zhì)量差、深寬比低。而濕法刻蝕技術(shù)通過和硅材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)刻蝕，濕法刻蝕可以得到干凈光滑的切槽，但濕法刻蝕技術(shù)刻蝕速率不高且需要制作掩膜，導(dǎo)致其制作工藝復(fù)雜和靈活性低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述技術(shù)的不足之處，提供了一種基于激光輔助腐蝕溶液切割硅晶圓的加工方法，其利用激光實現(xiàn)對浸入腐蝕溶液中硅晶圓的切割，激光器產(chǎn)生的光束通過透鏡在硅晶圓表面聚焦，焦點處硅晶圓材料及腐蝕溶液吸收激光能量并瞬間轉(zhuǎn)化為熱能，使聚焦點處溫度瞬時升高，但轉(zhuǎn)化的熱能不足以使硅晶圓熔融或產(chǎn)生燒蝕。激光聚焦的位置使溶液活化分子數(shù)目增多，分子之間的有效碰撞增大，加快硅與腐蝕溶液的化學(xué)反應(yīng)，從而提高對硅晶圓的刻蝕速率，最終實現(xiàn)硅晶圓的切割。本發(fā)明不僅可以解決切割硅晶圓材料產(chǎn)生熱影響區(qū)以及飛濺顆粒大范圍沉積等問題，還可以解決濕法刻蝕中反應(yīng)速率慢和制作掩膜的問題，從而得到干凈光滑且深寬比高的硅槽。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案：基于激光輔助腐蝕溶液切割硅晶圓的加工方法，利用激光實現(xiàn)對浸入腐蝕溶液中硅晶圓的切割。

進一步的，以上方法的具體步驟如下。

（1）將所要切割的硅晶圓采用標準RCA清洗工藝清洗。

（2）將硅晶圓放入具有腐蝕溶液的石英容器內(nèi)，石英容器放置在x-y位移臺上。

（3）激光器產(chǎn)生的激光束經(jīng)過透鏡后在硅晶圓表面聚焦，控制x-y位移臺，使焦點對準起點位置，然后進行切割。

（4）將在腐蝕溶液中切割后的硅晶圓用去離子水中超聲水洗。

進一步的，所述的激光器可以是連續(xù)式激光器，或者是脈沖式激光器，其中所述脈沖式激光器是皮秒級、納秒級、微秒級或毫秒級激光器。

進一步的，所述腐蝕溶液可以是KOH溶液或NaOH溶液，KOH溶液或NaOH溶液濃度范圍為20%~30%。

進一步的，所述硅晶圓的晶向為100、110、111。

進一步的，所述激光功率為3W-5W。

進一步的，腐蝕溶液沒過硅晶圓的高度1mm-5mm。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢和有益效果：

本發(fā)明采用激光輔助腐蝕溶液切割硅晶圓的加工方法，是將傳統(tǒng)激光加工和濕法刻蝕工藝激光加工相結(jié)合的一種加工方法，本發(fā)明具有硅槽深寬比高、切縫干凈光滑以及腐蝕速率快的特點。另外兩者的結(jié)合解決了激光切割過程中出現(xiàn)的熱影響區(qū)、飛濺顆粒大范圍沉積的問題以及濕法刻蝕需要制作掩膜的問題。

本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的激光刻蝕和濕法刻蝕工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)硅槽深寬比高、切縫干凈光滑、無需制作圖形掩膜以及腐蝕速率快。