CN101621026A - 玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，用于对玻璃钝化硅晶圆进行切割，该方法包括有如下步骤：在玻璃钝化硅晶圆背面制作与玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽位置一一对应的定位切割道，使用激光沿玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道进行切割，以及分离芯片晶粒。借由本发明中的背面激光切割方法，可以提高玻璃钝化硅晶圆器件的电学性能，并且切割速度快，无崩碎现象。

Description

玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法

技术领域

本发明有关于一种玻璃钝化硅晶圆的切割方法，特别是涉及一种玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法。

背景技术

图1所示为传统的玻璃钝化硅晶圆器件的结构示意图，传统的玻璃钝化硅晶圆背面具有一层芯片镍层1，该芯片镍层1紧贴有一层基区硅材料2，该基区硅材料2的另一侧设有PN结3，在玻璃钝化硅晶圆的正面均匀分布有多数个沟槽4，沟槽4内覆盖有玻璃钝化层5，以对玻璃钝化硅晶圆的核心结构PN结3进行表面钝化保护。

目前，传统上对玻璃钝化硅晶圆器件的切割方式采用机械式旋转砂轮刀具进行正面切割的方式，正面切割时，砂轮刀具中的金刚石颗粒对玻璃钝化硅晶圆以高速撞击的方式，从玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽4内的玻璃钝化层5开始，将沟槽4内的玻璃钝化层5和硅材料敲碎，再利用喷射的切割水将切割时的粉末冲除，形成图2所示的多数个芯片晶粒6。但是使用现有的正面切割方法在切割时，旋转砂轮刀具与沟槽4中玻璃钝化层5直接接触，这种方法会使得玻璃钝化层5产生崩碎现象，并且玻璃钝化硅晶圆的切割道区域有微小裂纹产生，从而影响到PN结3的电性能；同时在切割时，高速旋转的砂轮刀具侧面的作用力会造成芯片镍层1与基区硅材料2之间剥离的情形，因此造成切割后的玻璃钝化硅晶圆器件原有的电学性能受损；现有方法还存在机械应力、背面崩裂等品质问题，及存在切割速度慢(切割速度在30mm/s以下)、成品率低(成品率只有80％左右)、刀片等耗材损耗率高等缺点。因此，有必要对现有的玻璃钝化硅晶圆的切割方法进行改进，以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种切割速度快、成品率高、且不会产生崩碎现象的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，该方法包括有如下步骤：1)在玻璃钝化硅晶圆背面制作与玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽位置一一对应的定位切割道，2)使用激光沿玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道进行切割，3)分离芯片晶粒。

制作定位切割道的步骤包括有如下步骤：

a)双面光刻；

b)玻璃钝化硅晶圆双面预腐蚀，无光刻胶保护区域的氧化层被完全腐蚀干净；

c)玻璃钝化硅晶圆背面负胶保护；

d)化学镀镍或镀镍、金以形成玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道。

制作定位切割道的步骤能够与玻璃钝化硅晶圆形成沟槽时的步骤同时进行，具体包括如下步骤：

a)双面光刻；

b)玻璃钝化硅晶圆双面预腐蚀，无光刻胶保护区域的氧化层被完全腐蚀干净；

c)玻璃钝化硅晶圆背面负胶保护；

d)形成玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽；

e)化学镀镍或镀镍、金以形成玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道。

步骤a)包括有对所述玻璃钝化硅晶圆进行双面氧化，根据所需芯片晶粒的尺寸规格选择不同图形的光刻板，以及涂光刻胶、烘干；光刻胶为负胶。

玻璃钝化硅晶圆正面的光刻板的图形为网格状，玻璃钝化硅晶圆背面的光刻板的图形为方块状，或者是玻璃钝化硅晶圆正面的光刻板的图形为网格状，玻璃钝化硅晶圆背面的光刻板的图形为与玻璃钝化硅晶圆正面的光刻板的图形重合的网格状。

使用氢氟酸和纯水按8％至50％的体积比配成一次预腐蚀液，对已制作出光刻图形的玻璃钝化硅晶圆进行一次预腐蚀。

使用氢氟酸和纯水按8％至50％的体积比配成一次预腐蚀液，对已制作出光刻图形的玻璃钝化硅晶圆进行一次预腐蚀，再将玻璃钝化硅晶圆在以硝酸、氢氟酸为主，配以乙酸或冰醋酸稀释的二次预腐蚀酸中进行二次预腐蚀。

在步骤c)中，采用负胶并通过旋转补胶方式对预腐蚀后的玻璃钝化硅晶圆背面进行补胶，以在步骤d)，即形成玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽中，避免玻璃钝化硅晶圆背面被过度腐蚀。

在使用激光沿玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道进行切割步骤中，通过显微放大镜头和摄像机，依据玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道，对玻璃钝化硅晶圆进行定位，通过对激光的扩束、聚焦后对玻璃钝化硅晶圆背面进行切割，使用半切穿方式形成激光切割槽；在分离芯片晶粒步骤中，使用机械裂片的方式，使半切穿方式的玻璃钝化硅晶圆分离成单一的芯片晶粒。

由于在玻璃钝化硅晶圆背面制作了与正面的沟槽对应的定位切割道，使用激光从玻璃钝化硅晶圆背面进行无接触式切割，因此，在进行切割时无机械力的作用，避开正面的玻璃钝化层，避免了芯片镍层与基区硅材料剥离的情形。

本发明中的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其操作简单，切割速度相对传统机械式旋转砂轮刀具正面切割工艺提高了5至10倍，并且没有传统机械式刀具正面切割工艺的所产生的机械应力、玻璃钝化层崩碎、晶圆微裂、耗材消耗量大等缺点。

借由本发明的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，提高了玻璃钝化硅晶圆器件的电学性能，同时成品率提高20％以上、节省耗材达10％以上，降低了生产成本和操作时间。

附图说明

图1为传统的玻璃钝化硅晶圆器件的结构示意图；

图2为采用机械式旋转砂轮刀具进行正面切割后形成芯片晶粒的示意图；

图3为本发明中的玻璃钝化硅晶圆器件的结构示意图；

图4为本发明中的玻璃钝化硅晶圆器件背面激光切割后的半切穿示意图；

图5为采用本发明玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法切割后形成芯片晶粒的示意图。

具体实施方式

本发明中的玻璃钝化硅晶圆器件相较于传统的玻璃钝化硅晶圆器件，在背面的芯片镍层1上均匀设有多数个为实现激光背面切割而特别制作的定位切割道7，该定位切割道7与正面的沟槽4位置一一对应，如图3所示。

实施例一

背面的定位切割道7是通过双面光刻后，光刻胶图形覆盖下的氧化层不被腐蚀而保留下来，通过化学镀镍或镍、金后，留有氧化层的区域不能镀上镍或镍、金，从而形成了定位切割道7的图形。本发明中玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法包括的步骤有：

(1)双面光刻。为在玻璃钝化硅晶圆的背面形成与沟槽4位置一一对应的定位切割道7，首先对玻璃钝化硅晶圆进行双面氧化，根据所需芯片晶粒的尺寸规格选择不同图形的光刻板进行双面光刻，然后涂光刻胶、烘干。所采用的光刻胶为负胶，光刻后通过显影及坚膜在玻璃钝化硅晶圆正面和背面制作出对应的光刻图形。光刻板配套的图形为：玻璃钝化硅晶圆正面的光刻板图形为网格状，玻璃钝化硅晶圆背面的光刻板图形与正面的光刻板图形相对应，为方块状。

(2)玻璃钝化硅晶圆双面预腐蚀。使用氢氟酸和纯水按8％至50％的体积比配成一次预腐蚀液，对已制作出光刻图形的玻璃钝化硅晶圆进行一次预腐蚀。预腐蚀后，玻璃钝化硅晶圆的背面无光刻胶保护区域的氧化层被完全腐蚀干净。

(3)玻璃钝化硅晶圆背面负胶保护。采用负胶并通过旋转补胶方式对预腐蚀后的玻璃钝化硅晶圆背面进行补胶。

(4)化学镀镍或镀镍、金以形成玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道。由于在步骤(1)和(3)中，采用了双面光刻和负胶保护，玻璃钝化硅晶圆的背面图形以氧化层的形式保留下来，因此当镀镍或镀镍、金时，镍离子或金离子不会附着和沉积在预留有氧化层的区域，而是被镀在步骤(2)中一次预腐蚀后的无氧化层的方块状图形内，因此形成了玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道7；至此，制作完成为背面激光切割所需要的背面定位切割道7，如图3所示。

(5)使用激光沿玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道进行切割，通过显微放大镜头和摄像机，依据玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道，对玻璃钝化硅晶圆进行定位。通过光纤激光器或其他类型激光器产生的激光，经扩束、聚焦后对玻璃钝化硅晶圆背面进行切割。通过控制激光功率的办法使玻璃钝化硅晶圆背面的切割深度控制在一定的范围内，即采用半切穿方式形成激光切割槽70，如图4所示。

(6)分离芯片晶粒，使用机械裂片的方式，使该半切穿方式的玻璃钝化硅晶圆分离成单一的芯片晶粒6，如图5所示。

实施例二

玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽4与背面的定位切割道7可同时制作，以简化工艺流程，背面形成5～20um深的定位沟槽，本发明中玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法包括的步骤有：

(1)双面光刻。为在玻璃钝化硅晶圆的正面及背面分别形成沟槽4及与沟槽4相对应的定位切割道7，首先对玻璃钝化硅晶圆进行双面氧化，根据所需芯片晶粒的尺寸规格选择不同图形的光刻板进行双面光刻，然后涂光刻胶、烘干。所采用的光刻胶为负胶，光刻后通过显影及坚膜在玻璃钝化硅晶圆正面和背面制作出对应的光刻图形。光刻板配套的图形为：玻璃钝化硅晶圆正面的光刻板图形为网格状，玻璃钝化硅晶圆背面的光刻板图形为与正面的光刻板图形重合的网格状。

(2)玻璃钝化硅晶圆双面预腐蚀。使用氢氟酸和纯水按8％至50％的体积比配成一次预腐蚀液，对已制作出光刻图形的玻璃钝化硅晶圆进行一次预腐蚀。预腐蚀后，玻璃钝化硅晶圆的正面及背面无光刻胶保护区域的氧化层被完全腐蚀干净。将预腐蚀后的玻璃钝化硅晶圆在以硝酸、氢氟酸为主，配以乙酸或冰醋酸稀释的二次预腐蚀酸中进行二次预腐蚀，二次预腐蚀深度控制在5um至20um。

(3)玻璃钝化硅晶圆背面负胶保护。采用负胶并通过旋转补胶方式对预腐蚀后的玻璃钝化硅晶圆背面进行补胶，以在下一步骤中，可避免玻璃钝化硅晶圆背面被过度腐蚀。

(4)形成玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽。玻璃钝化硅晶圆正面经过腐蚀、去胶、钝化玻璃形成及二次光刻形成玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽4。此过程为玻璃钝化硅晶圆器件生产的常规过程，属于现有技术，在此不作详述。

(5)化学镀镍或镀镍、金以形成玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道。在步骤(3)中，二次预腐蚀留下的5um至20um深的腐蚀槽，在镀镍或镀镍、金后，虽然镍离子或金离子被镀在腐蚀槽内，但依然清晰可见5um至20um深的腐蚀槽，形成了玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道7。至此，制作完成为背面激光切割所需要的背面定位切割道7，如图3所示。

(6)使用激光沿玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道进行切割，通过显微放大镜头和摄像机，依据玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道，对玻璃钝化硅晶圆进行定位。通过光纤激光器或其他类型激光器产生的激光，经扩束、聚焦后对玻璃钝化硅晶圆背面进行切割。通过控制激光功率的办法使玻璃钝化硅晶圆背面的切割深度控制在一定的范围内，即采用半切穿方式形成激光切割槽70，如图4所示。

(7)分离芯片晶粒，使用机械裂片的方式，使该半切穿方式的玻璃钝化硅晶圆分离成单一的芯片晶粒6，如图5所示。

由于在玻璃钝化硅晶圆背面制作了与正面的沟槽4对应的定位切割道7，使用激光从玻璃钝化硅晶圆背面进行无接触式切割，因此，在进行切割时无机械力的作用，避开正面的玻璃钝化层5，避免了芯片镍层1与基区硅材料2剥离的情形。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，在不违背本发明的精神和实质的情况下，任何熟悉本领域的技术人员根据本发明所做出的各种相应的改变，均涵盖于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1、一种玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，所述激光切割方法包括有如下步骤：1)在所述玻璃钝化硅晶圆背面制作与所述玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽位置一一对应的定位切割道，2)使用激光沿玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道进行切割，3)分离芯片晶粒。

2、如权利要求1所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，所述制作定位切割道的步骤包括有如下步骤：

a)双面光刻；

b)玻璃钝化硅晶圆双面预腐蚀，无光刻胶保护区域的氧化层被完全腐蚀干净；

c)玻璃钝化硅晶圆背面负胶保护；

d)化学镀镍或镀镍、金以形成玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道。

3、如权利要求1所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，所述制作定位切割道的步骤能够与所述玻璃钝化硅晶圆形成沟槽时的步骤同时进行，具体包括如下步骤：

a)双面光刻；

b)玻璃钝化硅晶圆双面预腐蚀，无光刻胶保护区域的氧化层被完全腐蚀干净；

c)玻璃钝化硅晶圆背面负胶保护；

d)形成玻璃钝化硅晶圆正面的沟槽；

e)化学镀镍或镀镍、金以形成玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道。

4、如权利要求2或3所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，所述步骤a)包括有对所述玻璃钝化硅晶圆进行双面氧化，根据所需所述芯片晶粒的尺寸规格选择不同图形的光刻板，以及涂光刻胶、烘干；所述光刻胶为负胶。

5、如权利要求4所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，所述玻璃钝化硅晶圆正面的光刻板的图形为网格状，所述玻璃钝化硅晶圆背面的光刻板的图形为方块状。

6、如权利要求4所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，所述玻璃钝化硅晶圆正面的光刻板的图形为网格状，所述玻璃钝化硅晶圆背面的光刻板的图形为与所述玻璃钝化硅晶圆正面的光刻板的图形重合的网格状。

7、如权利要求5所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，使用氢氟酸和纯水按8％至50％的体积比配成一次预腐蚀液，对已制作出光刻图形的玻璃钝化硅晶圆进行一次预腐蚀。

8、如权利要求6所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，使用氢氟酸和纯水按8％至50％的体积比配成一次预腐蚀液，对已制作出光刻图形的所述玻璃钝化硅晶圆进行一次预腐蚀，再将所述玻璃钝化硅晶圆在以硝酸、氢氟酸为主，配以乙酸或冰醋酸稀释的二次预腐蚀酸中进行二次预腐蚀。

9、如权利要求3所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，在所述步骤c)中，采用负胶并通过旋转补胶方式对预腐蚀后的所述玻璃钝化硅晶圆背面进行补胶，以在所述步骤d)中，避免所述玻璃钝化硅晶圆背面被过度腐蚀。

10、如权利要求1所述的玻璃钝化硅晶圆的背面激光切割方法，其特征在于，在所述使用激光沿玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道进行切割步骤中，通过显微放大镜头和摄像机，依据所述玻璃钝化硅晶圆背面的定位切割道，对所述玻璃钝化硅晶圆进行定位，通过对激光的扩束、聚焦后对所述玻璃钝化硅晶圆背面进行切割，使用半切穿方式形成激光切割槽；在所述分离芯片晶粒步骤中，使用机械裂片的方式，使所述半切穿方式的玻璃钝化硅晶圆分离成单一的芯片晶粒。

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