CN102653035A - SiC半导体晶片的标刻方法以及SiC半导体晶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及SiC半导体晶片的标刻方法以及SiC半导体晶片。在对SiC晶片的激光标刻中，一边确保刻印的图案的高可见性，一边抑制微粒的产生。对SiC晶片（100）的标识符（101）的标刻通过使用YAG激光的4次谐波的脉冲激光的照射来进行。此时，以脉冲激光的每个脉冲的脉冲照射痕（1）互相不重叠的方式，设定激光头移动的速度以及轨道、进行照射的脉冲激光的输出功率以及调Q频率等。

Description

SiC半导体晶片的标刻方法以及SiC半导体晶片
技术领域
本发明涉及对碳化硅半导体晶片的激光标刻技术。
背景技术
近年来，作为能实现高耐压、低损失以及高耐热的下一代的开关元件，使用碳化硅（SiC）的半导体元件被认为是有前途的，期待向逆变器等的功率半导体装置的应用。
另一方面，在半导体装置的制造中，为了使大量生产的半导体晶片的识别/管理变得容易，通常进行标刻处理，该标刻处理是在半导体晶片工艺的初始阶段在晶片的表面刻印标识符。作为现有的向硅（Si）半导体晶片（以下称为“Si晶片”）的标刻方法，例如有利用对Si晶片照射激光而形成的凹坑状的照射痕的标刻（激光标刻）、或以金刚石刀具等切削Si晶片的表面来进行的标刻等。
在现有的Si晶片的激光标刻中，使用以规定周期反复进行亮灭的脉冲激光，以1个脉冲形成的照射痕（脉冲照射痕）是数十～数百μm左右的比较大的照射痕。而且为了确保可见性，使多个脉冲照射痕部分地重叠，形成连续的照射痕，进而，使进行照射的激光的输出功率变高，较深地形成照射痕的凹坑。
作为在Si晶片的激光标刻中使用的激光，YAG的基本激光（λ=1064nm）、绿色激光（λ=532nm）等是主流。利用YAG的基本激光（λ=1064nm）的标刻被称为“硬标刻（hard marking）”，虽然容易产生微粒（particle），但能形成可见性高的照射痕。另一方面，使用由于吸收率高（透过率低）而能使输出功率变低的绿色激光（λ=532nm）的标刻被称为“软标刻（soft marking）”，虽然照射痕的可见性差，但能抑制微粒的产生。
此外如上述那样，在现有的激光标刻中，通过使脉冲照射痕部分地重叠来作成连续的照射痕，从而提高其可见性，但当重叠地形成脉冲照射痕时，在该重叠的部分形成飞溅（splash）状的突起物，由于该突起物飞散导致微粒的产生量增加。像这样在激光标刻中，微粒抑制和可见性的确保是折衷的关系。
此外，在下述的专利文献1中示出了在对氮化镓基板等的无机氮化物构件的标刻中使用YAG激光的4次谐波（λ=266nm）的例子。
专利文献
专利文献1：日本特开2005-101305号公报。
在半导体晶片工艺中，在洁净室（clean room）内、半导体制造装置内、晶片上等所有的环境中的微粒管理是重要的。当疏忽该微粒管理时，起因于微粒，会造成向洁净室内、制造装置内的2次污染、制造工艺不合格、进而形成的半导体器件的特性不合格等较多的不良影响。因此，在各制造装置中，谋求微粒产生量的减少、对产生的微粒的对策是重要的课题。
特别是在对半导体晶片的标刻处理中，由于用激光等对半导体晶片直接进行加工，所以使大量的微粒产生。虽然在标刻处理中产生的微粒通过标刻装置内的灰尘收集、在半导体晶片的工序等中被除去，但存在未被完全除去的微粒引起上述的问题的情况。
可是，即使在因为SiC半导体晶片（以下称为“SiC晶片”）与现有的Si晶片相比激光透过性高，使用绿色激光等波长比较短的激光来进行标刻的情况下，为了确保照射痕的可见性，也需要更高的输出功率的激光照射。因此，在和现有的Si晶片相同的标刻方法中，产生由于SiC结晶构造的破坏等导致微粒过量地产生的问题。
发明内容
本发明是为了解决以上那样的课题而完成的，其目的在于提供一种在对SiC晶片的激光标刻中，一边能确保刻印的图案的高可见性，一边能抑制微粒的产生的标刻方法。
本发明的SiC半导体晶片的标刻方法具备：准备SiC半导体晶片的工序；以及标刻工序，通过一边从激光头向所述SiC半导体晶片照射激光，一边使所述激光头相对于所述SiC半导体晶片移动，从而在所述SiC半导体晶片的表面刻印由所述激光的照射痕构成的规定图案，所述激光是使用了YAG激光的4次谐波的脉冲激光，在所述标刻工序中，所述激光头以所述脉冲激光的连续的脉冲的照射痕不重叠的速度、并且在不对先形成的所述照射痕重叠地照射所述脉冲激光的轨道中移动。
根据本发明，由于对SiC半导体晶片使用利用了吸收率高（透过率低）的YAG激光的4次谐波的脉冲激光，所以能使脉冲激光的输出功率变低，并且通过使每个脉冲的照射痕不重叠，从而使照射痕的形状稳定（不形成飞溅状的突起物）。因此，抑制微粒的产生。虽然以低的输出功率形成的照射痕单独的话在可见性上存在问题，但由于通过一边使激光头移动一边连续地形成，从而照射痕密集起来，所以确保了作为其集合体的图案的可见性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的SiC晶片以及对其刻印的标识符的一个例子的图。
图2是表示在本发明的实施方式中的激光头的移动方向和脉冲照射痕的关系的图。
图3是构成本发明的实施方式的SiC晶片的标识符的点的放大图。
图4是表示脉冲激光的输出功率和脉冲照射痕的深度的关系的图。
图5是表示激光头的移动速度和脉冲照射痕的间隔的关系的图。
图6是表示脉冲激光的调Q频率、和脉冲照射痕的深度以及间隔的关系的图。
具体实施方式
图1（a）是表示本发明的实施方式的SiC晶片100的结构的一个例子的图。如同图所示，在SiC晶片100的表面通过激光标刻而刻印有标识符101的图案。在此，作为标识符101的例子，示出了“ABC123…”的文字。
图1（b）是包含标识符101的文字“A”的图案的区域101a的放大图。标识符101的图案是互相不重叠的多个点10的集合体。例如，在图1（b）中示出的文字“A”是16个点10的集合体。点10通过脉冲激光的照射而形成，但在各个点10处，以脉冲激光的一个脉冲形成的照射痕（脉冲照射痕）1互相不重叠。也就是说，点10是各自独立的脉冲照射痕1密集起来的集合体。
在本实施方式中，脉冲照射痕1是直径10μm左右小的照射痕。小的脉冲照射痕1单独的话可见性差，但通过使其密集起来构成点10，从而确保点10的可见性（即标识符101的可见性）。
以下，对本实施方式的SiC晶片的标刻方法进行说明。在本发明中，作为在标刻中使用的激光，使用吸收率比较高（透过率低）的YAG激光的4次谐波（UV激光）（λ=266nm）的脉冲激光。
首先，准备成为标刻的对象的SiC晶片100，并将其固定在使用UV激光的能输出脉冲激光的标刻装置。而且，通过一边从标刻装置的激光头向SiC晶片100照射UV激光的脉冲激光，一边使激光头相对于SiC晶片100移动，从而进行在SiC晶片100的表面刻印由脉冲照射痕1构成的标识符101的图案的标刻。
该标刻工序包括：第1标刻工序，通过互相不重叠的多个脉冲照射痕1来描绘1个点10；以及第2标刻工序，通过反复进行该第1标刻工序，从而描绘由多个点10构成的标识符101的图案（例如文字“A”的图案）。
在第1标刻工序中，为了将点10作为独立的脉冲照射痕1的集合体而形成，需要一边使激光头以连续的脉冲照射痕1不重叠的速度并且以不对先形成的脉冲照射痕1重叠地照射激光的方式移动，一边对SiC晶片100的规定处所照射脉冲激光。
如上所述，脉冲激光是反复进行亮灭的间歇性的激光。在本实施方式中，与脉冲激光的激光照射时间（脉冲宽度）相比，使间歇时间（脉冲间隔）充分地长。因此，当将激光头的移动速度（激光头速度）设为一定以上时，激光头在激光的间歇时间内比脉冲照射痕的直径移动得长，连续的脉冲照射痕不重叠。也就是说，如图2那样，形成在激光头的移动方向上排列的独立的脉冲照射痕1。再有，在图2中，长度d1表示脉冲照射痕1的直径，长度d2表示连续的脉冲照射痕1的中心间的距离。
此外，在第1标刻工序中，作为不对先形成的脉冲照射痕1重叠地照射激光的方法，使激光头在不通过相同的地方的轨道中移动的方法是最简单的。图3是点10的放大图。在本实施方式中，使激光头在螺旋状的轨道（虚线箭头）中移动来描绘点10。由于螺旋状的轨道不通过相同的地方，所以防止对先形成的脉冲照射痕1重叠地照射激光。
此外，在进行第1标刻工序时，设定与脉冲激光的照射相关的各种参数（照射参数）。作为照射参数，例如举出输出功率[W]、激光头速度[mm/s]、调Q（Q-SW）频率[Hz]等。在此，针对这些照射参数进行说明。
输出功率是与脉冲激光的照射强度对应的、对形成的脉冲照射痕1的深度作出贡献的参数。图4是表示脉冲激光的输出功率和脉冲照射痕1的深度的关系的图。在调Q频率是固定的情况下，当使脉冲激光的输出功率变大时，每1个脉冲的能量（脉冲能量）[J]变大，因此，脉冲照射痕1较深地形成。如果脉冲照射痕1的深度大的话，点10的可见性提高，但相反地在形成时容易产生微粒。
激光头的移动速度（激光头速度）是对连续形成的脉冲照射痕1的间隔作出贡献的参数。图5是表示激光头速度和脉冲照射痕1的间隔的关系的图。在调Q频率是固定的情况下，当激光头速度变高时，脉冲照射痕1的间隔变宽。如果脉冲照射痕1的间隔变宽的话，能防止脉冲照射痕1的重复，并能抑制微粒的产生，但间隔过宽时，由于脉冲照射痕1变得稀疏，所以点10的可见性降低。
调Q频率是对脉冲激光的脉冲周期[s]和每1个脉冲的能量（脉冲能量）[J]作出贡献的参数。图6是表示脉冲激光的调Q频率、和脉冲照射痕1的深度以及间隔的关系的图。在输出功率以及激光头速度是固定的情况下，当使调Q频率变小时，脉冲激光的脉冲周期变长，并且每1个脉冲的能量变大，因此，脉冲照射痕1的深度和间隔的双方均变大。相反地，当使调Q频率变大时，脉冲激光的脉冲周期变短，并且每1个脉冲的能量变小，因此，脉冲照射痕1的深度和间隔的双方均变小。
再有，在脉冲激光的输出功率[W/s]、调Q频率[Hz]以及脉冲能量[J]中，
（脉冲能量）=（输出功率）÷（调Q频率） … （1）
的关系成立。
如以上那样在本实施方式中，对SiC晶片100刻印的标识符101是独立的脉冲照射痕1的集合体（更具体地说，构成标识符101的每个点10是脉冲照射痕1的集合体）。通过使脉冲照射痕1彼此不重叠，从而各脉冲照射痕1的形状稳定（未形成飞溅状的突起物），因此微粒的产生被抑制。
进而，由于在标刻中使用的脉冲激光是吸收率高（透过率低）的UV激光（λ=266nm），所以能使输出功率变小，由此照射痕的形状也稳定，因此抑制微粒的产生。
此外，在本实施方式中，将脉冲照射痕1设为约10μm左右小的照射痕。在以现有的方式形成较大的照射痕的情况下，需要使激光的输出功率变大，照射痕的形状不稳定，但小的脉冲照射痕1能用输出功率小的激光形成，因此进一步抑制微粒的产生。小的脉冲照射痕1单独的话可见性差，但其密集起来形成的点10以及作为该点10的集合体的标识符101的图案能确保充分的可见性。
像这样，根据本实施方式，能一边确保在SiC晶片100形成的标识符101的可见性，一边减少微粒的产生/飞散/残留/滴下等，并防止之后的工艺受到起因于微粒的污染的影响。
再有，在第1标刻工序中设定的各照射参数不是固定的值也可，根据需要进行变更也可。例如，当使脉冲照射痕1的间隔变大时，点10的可见性降低，但也存在微粒的产生量变少、吞吐量提高的优点。通过考虑标识符101要求的可见性、和微粒的产生量以及吞吐量的折衷关系，适宜地调整各照射参数，从而能实现与标刻的目的对应的效率高的激光照射。
此外，从标刻装置的性能的观点出发，考虑脉冲照射痕1的位置、大小的偏差来决定照射参数也是有效的。例如在图2中，如果将连续的脉冲照射痕1的中心间的距离d2设为脉冲照射痕1的直径d1的2倍以上的话，即使在脉冲照射痕1的位置、直径中产生直径d1的一半左右的偏差，也能防止脉冲照射痕1彼此重叠。
此外，本发明者通过实验确认：如果将脉冲激光的每1个脉冲的能量（脉冲能量）设为5μJ以上的话，能确保对SiC晶片100刻印的标识符101的充分的可见性。另一方面，确认如下问题：当脉冲能量超过10μJ时，产生SiC晶片100的结晶损坏，或脉冲照射痕1过深地形成而使微粒增加。也就是说，从兼顾可见性的确保和微粒抑制的观点出发，优选以脉冲能量为5~10μJ的范围的方式决定输出功率以及调Q频率。
此外，当关注脉冲照射痕1的深度时，确认了如果其深度为0.1μm以上的话，能确保对SiC晶片100刻印的标识符101的充分的可见性。此外，当将脉冲照射痕1的深度设为0.7μm以上时，微粒的增大变得显著。因此从兼顾可见性的确保和微粒抑制的观点出发，优选以脉冲照射痕1的深度为0.1μm~0.7μm的范围的方式决定输出功率以及调Q频率。
附图标刻的说明
1 脉冲照射痕；10 点；100 SiC晶片；101 标识符。

Claims (9)

1.一种SiC半导体晶片的标刻方法，其特征在于，具备：
准备SiC半导体晶片（100）的工序；以及
标刻工序，通过一边从激光头向所述SiC半导体晶片照射激光，一边使所述激光头相对于所述SiC半导体晶片移动，从而在所述SiC半导体晶片的表面刻印由所述激光的照射痕（1）构成的规定图案，
所述激光是使用了YAG激光的4次谐波的脉冲激光，
在所述标刻工序中，所述激光头以所述脉冲激光的连续的脉冲的照射痕（1）不重叠的速度、并且在不对先形成的所述照射痕（1）重叠地照射所述脉冲激光的轨道中移动。
2.根据权利要求1所述的SiC半导体晶片的标刻方法，其中，
所述规定图案是互相不重叠的点（10）的集合体，
所述标刻工序包含：
第1标刻工序，通过互相不重叠的多个所述照射痕（1）来描绘1个点（10）；以及
第2标刻工序，通过反复进行所述第1标刻工序，从而描绘由多个点（10）构成的所述规定图案。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的SiC半导体晶片的标刻方法，其中，还包含：通过调整所述激光头的移动速度以及所述脉冲激光的调Q频率的至少一方，从而设定连续形成的所述照射痕（1）的中心间的距离（d2）的工序。
4.根据权利要求3所述的SiC半导体晶片的标刻方法，其中，连续形成的所述照射痕（1）的中心间的距离（d2）以成为该照射痕（1）的直径（d1）的2倍以上的方式设定。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的SiC半导体晶片的标刻方法，其中，所述脉冲激光的每1个脉冲的能量为5~10μJ。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的SiC半导体晶片的标刻方法，其中，所述照射痕（1）的深度为0.1~0.7μm。
7.一种SiC半导体晶片（100），在表面刻印有由激光的照射痕（1）构成的规定图案，其特征在于，
所述规定图案通过互相不重叠的深度0.1~0.7μm的所述照射痕（1）的集合体构成。
8.根据权利要求7所述的SiC半导体晶片，其中，
所述规定图案是互相不重叠的点（10）的集合体，
所述点（10）分别是所述照射痕（1）的集合体。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的SiC半导体晶片，其中，
邻接的所述照射痕（1）的中心间的距离（d2）为该照射痕（1）的直径（d1）的2倍以上。
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