CN102751400A

CN102751400A - 一种含金属背镀的半导体原件的切割方法

Info

Publication number: CN102751400A
Application number: CN2012102494435A
Authority: CN
Inventors: 单立伟
Original assignee: Hefei Irico Epilight Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo anxinmei Semiconductor Co.,Ltd.
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: CN102751400B

Abstract

本发明提供一种含金属背镀的半导体原件的切割方法，属于半导体领域。首先在半导体衬底上制作多个半导体单元，然后于所述半导体衬底背面制作金属背镀层，采用离焦式激光处理去除与各该半导体单元相应的金属层形成切割道，通过该切割道对半导体衬底进行隐形切割形成变质层，最后进行裂片以完成切割。本发明提供了一种将隐形切割技术应用于具有金属背镀的器件的切割方法，克服了传统切割工艺容易造成器件面积的损失或容易造成晶粒分裂的缺陷，并且提高了器件切割的良率。本发明工艺简单，适用于工业生产。

Description

一种含金属背镀的半导体原件的切割方法

技术领域

本发明属于半导体领域，特别是涉及一种含金属背镀的半导体原件的切割方法。

背景技术

半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由III-IV族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。

近年来，制造高集成、高性能的半导体产品的半导体工业相继发展半导体薄片加工技术。为了提高生产效率，各处的半导体产品使用半导体薄片加工技术把几个到几千万个半导体仪器集成到一块称为“晶片”的高纯度衬底上。一块几英寸晶片上要制造的芯片数目达几千片，在封装前要把它们分割成单个电路单元。

隐形切割是将激光聚光于工件内部，在工件内部形成变质层，通过扩展胶膜等方法将工件分割成芯片的切割方法。隐形切割具有很多优点：1、由于工件内部改质，因此可以抑制加工屑的产生。适用于抗污垢性能差的工件；2、适用于抗负荷能力差的工件（MEMS等），且采用干式加工工艺，无需清洗；可以减小切割道宽度，因此有助于减小芯片间隔。由于上述优点，隐形切割得到了广泛的应用。然而，对于具有背镀金属的衬底的切割，由于背镀金属对激光光束的阻挡作用，隐形切割技术受到了很大的限制。以发光二极管为例，金属背镀的发光二极管的切割存在以下问题：1）如图1a~图1b所示，如果先采用激光对晶片的正或背面切割形成表面切割道11，部份或全部制程完成后，再背镀金属12(可能含介电层)，此激光切痕容易造成亮度损失；2）如果对晶片先做隐形切割，而后背镀，在背镀的过程中易发生晶粒分开，造成良率降低的问题。

因此，提供一种新型的适用于背镀金属器件的切割方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含金属背镀的半导体原件的切割方法，用于解决现有技术中金属背镀产品因激光光束无法穿透而不适用以隐形切割(stealth dicing)方式进行切割的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种含金属背镀的半导体原件的切割方法，所述切割方法至少包括以下步骤：

1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底的上表面制作包括多个半导体单元的半导体原件；

2）于所述半导体衬底的背表面制作包含有金属层的背镀层；

3）对所述背镀层中的金属层进行激光处理，以在所述金属层中形成与各该半导体单元对应的切割道；

4）通过所述切割道对所述半导体衬底进行隐形切割，以在所述半导体衬底内部形成与所述切割道相对应的变质层结构；

5）依据所述变质层结构对所述半导体原件进行裂片，以获得相互分离的多个半导体单元。

在本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法中，所述半导体衬底为蓝宝石衬底、图形蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底、Ge衬底，SOI衬底或GOI衬底。

在本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法中，所述半导体单元为发光二极管、激光二极管、场效应晶体管或双极型晶体管。

在本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法中，所述背镀层为金属层、或金属层与介电层的复合层。

在本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法中，步骤3）中所述的激光处理为离焦式激光处理。

优选地，所述离焦式激光处理的焦点与所述金属层下表面的距离大于2μm、或与所述金属层上表面的距离大于2μm。

在本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法中，所述切割道对用于隐形切割的激光的透过率大于或等于20%。

优选地，所述切割道贯穿所述金属层。

在本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法中，步骤5）中，采用刀片劈裂方式对所述半导体原件进行裂片。

如上所述，本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法，具有以下有益效果：先在半导体衬底上制作多个半导体单元，然后于所述半导体衬底背面制作金属背镀层，采用离焦式激光处理去除与各该半导体单元相应的金属层形成切割道，通过该切割道对半导体衬底进行隐形切割形成变质层，最后进行裂片以完成切割。本发明提供了一种将隐形切割技术应用于具有金属背镀的器件的切割方法，克服了传统切割工艺容易造成器件面积的损失或容易造成晶粒分裂的缺陷，并且提高了器件切割的良率。本发明工艺简单，适用于工业生产。

附图说明

图1a~图1b显示为现有技术中的采用正切工艺对晶片进行切割的平面及侧面结构示意图。

图2~图3显示为本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法步骤1）所呈现的侧视结构示意图。

图4显示为本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法步骤2）所呈现的侧视结构示意图。

图5a~图5b分别显示为本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法步骤3）所呈现的侧视结构及仰视结构示意图。

图6显示为本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法步骤4）所呈现的侧视结构示意图。

图7显示为本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法步骤5）所呈现的侧视结构示意图。

元件标号说明

101 半导体衬底

102 N-GaN层

103 量子阱层

104 P-GaN层

105 透明导电层

106 N电极

107 P电极

108 背镀层

109 切割道

110 变质层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2~图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图2~图7，如图所示，本实施例提供一种含金属背镀的半导体原件的切割方法，所述切割方法至少包括以下步骤：

如图2~图3所示，首先进行步骤1），提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101的上表面制作包括多个半导体单元的半导体原件。

所述半导体衬底101为蓝宝石衬底、图形蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底、Ge衬底，SOI衬底或GOI衬底，在本实施例中，所述半导体衬底101为蓝宝石衬底。当然，在其它的实施例中，并不限定为此处所列举的类型，也可以是其它可预期的半导体衬底101类型。

于所述半导体衬底101的上表面制作包括多个半导体单元的半导体原件，所述半导体单元为发光二极管、激光二极管、场效应晶体管或双极型晶体管，当然，在其它的实施例中，所述半导体单元并不完全限定于此处列举的半导体单元，也可以是如IGBT、CMOS图形传感器等器件。

在本实施例中，所述半导体单元为发光二极管。具体地，所述发光二极管的制备步骤为：

a）提供一蓝宝石衬底，于所述蓝宝石衬底表面依次形成N-GaN层102、量子阱层103、P-GaN层104及透明导电层105；

b）定义出多个发光外延单元，并于刻蚀各该发光外延单元至所述N-GaN层102形成N电极制备区域；

c）于所述透明导电层105上制备P电极107，并于所述N电极制备区域上制备N电极106。

如图4所示，然后进行步骤2），于所述半导体衬底101的背表面制作包含有金属层的背镀层108。

所述背镀层108为金属层、或金属层与介电层的复合层。所述金属层可以为但不限于：Au层、Pt层、Al层、Ag层、Cu层、Ti层或上述任意组合的复合层；所述介电层可以为但不限于：SiO₂层、Si₃N₄层、SiO₂层及Si₃N₄的复合层、SiO₂与Ti₃O₅的复合层或SiO₂与TiO₂的复合层；当然，这里所述的介电层也可以为ITO、ATO、FTO或AZO等透明导电层，或上述透明导电层与介电层的复合层。

在本实施例中，所述背镀层108为Al层，采用电子束蒸镀法(E-beam)形成于所述半导体衬底101的背表面。

如图5a~图5b所示，接着进行步骤3），对所述背镀层108中的金属层进行激光处理，以在所述金属层中形成与各该半导体单元对应的切割道109。

所述的激光处理为离焦式激光处理。所述离焦式激光处理的焦点与所述金属层下表面的距离大于2μm、或与所述金属层上表面的距离大于2μm，即所述离焦激光处理的离焦量为2μm。因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易造成器件过度损伤，而离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀，故此处在进行激光处理时选择一定的离焦量。

由于激光只能从切割道透过，故所述切割道109必须具有足够的宽度，本发明设计所述切割道109的宽度要求是，对用于隐形切割的激光的透过率大于或等于20%，以保证用于隐形切割的激光到达所述半导体衬底101预设位置时有足够的能量在所述半导体衬底101中形成变质层110。所述切割道109可以贯穿或不贯穿所述金属层。在本实施例中，所述切割道109贯穿所述金属层。

如图6所示，接着进行步骤4）通过所述切割道109对所述半导体衬底101进行隐形切割，以在所述半导体衬底101内部形成与所述切割道109相对应的变质层110结构。

具体地，沿所述切割道109进行激光脉冲，将激光聚光于所述半导体衬底101内部，以在所述半导体内部形成与所述切割道109位置相对应的变质层110结构。所述变质层110为半导体衬底101内部结构的变化或松弛。

如图7所示，最后进行步骤5）依据所述变质层110结构对所述半导体原件进行裂片，以获得相互分离的多个半导体单元。

在本实施例中，采用刀片劈裂方式对所述半导体原件进行裂片，具体地，所述裂片刀对准所述变质层110结构的位置对所述半导体衬底101进行压迫，最终使其从变质层110的位置分离，以获得相互独立的多个半导体单元。当然，在其它的实施例中，也可以采用其它的裂片设备进行裂片。

综上所述，本发明的含金属背镀的半导体原件的切割方法，先在半导体衬底101上制作多个半导体单元，然后于所述半导体衬底101背面制作金属背镀层108，采用离焦式激光处理去除与各该半导体单元相应的金属层形成切割道109，通过该切割道109对半导体衬底101进行隐形切割形成变质层110，最后进行裂片以完成切割。本发明提供了一种将隐形切割技术应用于具有金属背镀的器件的切割方法，克服了传统切割工艺容易造成器件面积的损失或容易造成晶粒分裂的缺陷，并且提高了器件切割的良率。本发明工艺简单，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于，所述切割方法至少包括以下步骤：

2）于所述半导体衬底的背表面制作包含有金属层的背镀层；

2.根据权利要求1所述的含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于：所述半导体衬底为蓝宝石衬底、图形蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底、Ge衬底，SOI衬底或GOI衬底。

3.根据权利要求1所述的含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于：所述半导体单元为发光二极管、激光二极管、场效应晶体管或双极型晶体管。

4.根据权利要求1所述的含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于：所述背镀层为金属层、或金属层与介电层的复合层。

5.根据权利要求1所述的含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于：步骤3）中所述的激光处理为离焦式激光处理。

6.根据权利要求5所述的含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于：所述离焦式激光处理的焦点与所述金属层下表面的距离大于2μm、或与所述金属层上表面的距离大于2μm。

7.根据权利要求1所述的含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于：所述切割道对用于隐形切割的激光的透过率大于或等于20%。

8.根据权利要求1所述的含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于：所述切割道贯穿所述金属层。

9.根据权利要求1所述的含金属背镀的半导体原件的切割方法，其特征在于：步骤5）中，采用刀片劈裂方式对所述半导体原件进行裂片。