CN102896430A

CN102896430A - 一种半导体材料的激光加工方法

Info

Publication number: CN102896430A
Application number: CN2012103112974A
Authority: CN
Inventors: 肖和平; 李琳; 李成森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明涉及一种半导体材料的激光加工方法，适用元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体，属于激光加工技术领域，本发明的优点在于多光束激光加工系统可依据半导体材料的物理特性选择其中一束作为切割加工，再依据切割加工熔渣的物理特性选择另一束激光对同一加工位置的熔渣同时进行加工，两束激光的加工功率、频率、焦点位置、加工速度等参数可针对被加工物的特性进行选择；单光束激光加工系统可依据半导体材料的物理特性选择第一次作为切割加工，再依据切割加工熔渣的物理特性选择第二次对同一加工位置的熔渣进行加工，两次激光的加工功率、频率、焦点位置、加工速度等参数可针对被加工物的特性进行选择，这样激光加工的针对性强，加工品质高。

Description

一种半导体材料的激光加工方法

技术领域

本发明涉及一种半导体材料的激光加工方法，适用元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。如硅、锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、蓝宝石以及掺杂（硼、磷、铟和锑）制成其它化合物半导体材料的切割加工，属于激光加工技术领域。

背景技术

随着激光技术的进步，激光加工技术已被广泛地应用到半导体材料器件的加工领域中，如LED芯片、太阳能电池芯片、IC芯片、半导体分立器件的半切割、全切割加工，且对激光加工精度与加工效果的要求越来越高。目前半导体材料的激光加工大多为单频率、单次的模式，工业用绝大多数激光脉宽在纳秒级，纳秒级激光与半导体材料反应机理中光热作用占主导地位，在高能量密度的激光入射到半导体材料表面时，材料表面吸收能量，产生升温、熔融、汽化、喷溅等一系列的物化反应，以此来达到材料切割加工的效果，但在材料熔融加工的过程中受到空气冷却的作用，使加工区域受热升温熔化后又很快冷却形成加工熔渣残留物。这些熔渣残留物主要堆积在切割道边缘和切割道内部，堆积在切割道边缘的熔渣形成微火山口，而这些微火山口高度大多在1~10μm左右，导致半导体器件在封装使用过程中出现漏电、焊线不良等异常；堆积在切割道内部的熔渣由于重新结晶，形成熔渣交联体，导致半导体芯片、器件在切割加工后的裂片、分离过程中出现双晶、正面崩边、背面崩边、侧面斜裂等异常。以上问题严重影响到半导体材料的激光加工品质。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体材料的激光加工方法，解决现有单频率、单次激光加工模式在对半导体材料进行加工时存在熔渣的残留，被加工半导体材料在裂片或分离时出现双晶、正面崩边、背面崩边、侧面斜裂异常，成品在封装过程中出现漏电、焊线不良等异常的不足；采用中性保护液又存在价格不仅昂贵，而且效果不是很理想的缺陷，通过本发明提高半导体材料的激光加工品质，从而有利于减少设备投入，缩短加工时间，增加企业的生产效益。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种半导体材料的激光加工方法，所述半导体材料包括元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体，如硅、锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、蓝宝石以及掺杂（硼、磷、铟和锑）制成其它化合物半导体，其特征是，所述加工方法采用多光束激光系统对半导体材在同一加工位置同时进行精密加工或是单束激光系统对半导体材在同一加工位置进行重复多次精密加工。

所述多光束激光加工系统包括两路或两路以上的激光光束，多光束激光中的各光路有独立的焦距调整定位系统，两路激光间距1～100000μm，激光器为固体、CO₂、准分子激光器；波长195～1064nm，频率20～150KHZ，功率1～100W，焦点1～1000mm，加工速度40～1500mm/s。

所述多光束激光系统同时进行的精密加工，先利用第一路激光对半导体材料进行切割加工，第二路激光在第一路激光加工的相同位置进行加工，第二路激光的频率、焦点、激光能量、加工速度等工艺参数均可与第一路激光的频率、焦点、激光能量、加工速度不同，其作用是对第一路激光与半导体材料作用产生的位于切割道两边缘、切割道内部堆积的熔渣进行加工，将切割道边缘的熔渣和切割道内部的熔渣去除，使得切割道边缘变得光滑，内部交联状的重结晶熔渣被清除。减少因残留的熔渣导致的一系列异常问题，显著提高半导体材料的激光加工的品质，降低企业的生产成本。

所述单光束激光系统进行的重复多次精密加工，其激光器为固体、CO₂、准分子激光器，波长195～1064nm，频率20～150KHZ，功率1～100W，焦点1～1000mm，加工速度40～1500mm/s，利用激光对半导体材料进行第一次切割加工，在相同位置进行重复第二次激光加工，第二次加工的激光频率、焦点、功率、加工速度等参数均可与第一次激光的频率、焦点、功率、加工速度不同，其作用是对第一次激光与半导体材料作用产生的位于切割道两边缘、切割道内部堆积的熔渣进行加工，将切割道边缘的熔渣和切割道内部的熔渣去除，使得切割道边缘变得光滑，内部交联状的重结晶熔渣被清除，减少因残留的熔渣导致的一系列异常问题，显著提高半导体材料的激光加工的品质。

所述单光束激光系统的重复加工方法中所提及的“重复多次”为两次或两次以上。

本发明的优点在于多光束激光加工系统可依据半导体材料的物理特性选择其中一束作为切割加工，再依据切割加工熔渣的物理特性选择另一束激光对同一加工位置的熔渣同时进行加工，两束激光的加工功率、频率、焦点位置、加工速度等参数可针对被加工物的特性进行选择；单光束激光加工系统可依据半导体材料的物理特性选择第一次作为切割加工，再依据切割加工熔渣的物理特性选择第二次对同一加工位置的熔渣进行加工，两次激光的加工功率、频率、焦点位置、加工速度等参数可针对被加工物的特性进行选择，这样激光加工的针对性强，加工品质高。

附图说明

图1为本发明中多光束激光在同一位置同时进行加工示意图；

图2为本发明中单光束激光在同一加工位置多次重复进行加工示意图；

图中，100半导体材料，101熔渣，102激光光束，103激光光束。

具体实施方式

结合附图和实施进一步说明本发明。

实施例一，如图1所示，在半导体材料100为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体，如硅、锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、蓝宝石以及掺杂（硼、磷、铟和锑）制成其它化合物半导体。利用多光束激光加工系统中的一束激光光束102对半导体材料100进行切割加工，激光光束102依据半导体材料100的厚度与光学特性选择波长195～1064nm，频率20～150KHZ，功率1～100W，焦点1～1000mm，加工速度40～1500mm/s；同时利用多光束激光加工系统中的另一束激光光束103对半导体材料被第一束激光加工后切割道边缘和切割道内部的熔渣101进行加工，依据熔渣101的颗粒大小与分布密度、光学特性，选择波长195～1064nm，频率20～150KHZ，功率1～100W，焦点1～1000mm，加工速度40～1500mm/s。

实施例二，如图2所示，在半导体材料100为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体，如硅、锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、蓝宝石以及掺杂（硼、磷、铟和锑）制成其它化合物半导体。利用单光束激光加工系统中激光光束102对半导体材料100进行第一次切割加工，激光光束102依据半导体材料层100的厚度与光学特性选择波长195～1064nm，频率20～150KHZ，功率1～100W，焦点1～1000mm，加工速度40～1500mm/s；在第一次激光加工的相同位置，利用单光束激光102对半导体材料被第1次激光加工后切割道边缘和切割道内部的熔渣101进行加工，依据熔渣101的颗粒大小与分布密度、光学特性，选择波长195～1064nm，频率20～150KHZ，功率1～100W，焦点1～1000mm，加工速度40～1500mm/s。

以上实施例并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围情况下，还可做出同等的变化或变换。因此所有等同的技术方案也应该以属于本发明的范畴。

Claims

1.一种半导体材料的激光加工方法，所述半导体材料包括元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体，如硅、锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、蓝宝石以及掺杂（硼、磷、铟和锑）制成其它化合物半导体，其特征是，所述加工方法采用多光束激光系统对半导体材在同一加工位置同时进行精密加工或是单束激光系统对半导体材在同一加工位置进行重复多次精密加工。

2.根据权利要求1所述的一种半导体材料的激光加工方法，其特征是，所述多光束激光加工系统包括两路或两路以上的激光光束，多光束激光中的各光路有独立的焦距调整定位系统，两路激光间距1～100000μm，激光器为固体、CO₂、准分子激光器；波长195～1064nm，频率20～150KHZ，功率1～100W，焦点1～1000mm，加工速度40～1500mm/s。

3.根据权利要求1所述的一种半导体材料的激光加工方法，其特征是，所述多光束激光系统同时进行的精密加工，先利用第一路激光对半导体材料进行切割加工，第二路激光在第一路激光加工的相同位置进行加工，第二路激光的频率、焦点、激光能量、加工速度等工艺参数均可与第一路激光的频率、焦点、激光能量、加工速度不同，其作用是对第一路激光与半导体材料作用产生的位于切割道两边缘、切割道内部堆积的熔渣进行加工，将切割道边缘的熔渣和切割道内部的熔渣去除，使得切割道边缘变得光滑，内部交联状的重结晶熔渣被清除。

4.根据权利要求1所述的一种半导体材料的激光加工方法，其特征是，所述单光束激光系统进行的重复多次精密加工，其激光器为固体、CO₂、准分子激光器，波长195～1064nm，频率20～150KHZ，功率1～100W，焦点1～1000mm，加工速度40～1500mm/s，利用激光对半导体材料进行第一次切割加工，在相同位置进行重复第二次激光加工，第二次加工的激光频率、焦点、功率、加工速度等参数均可与第一次激光的频率、焦点、功率、加工速度不同，其作用是对第一次激光与半导体材料作用产生的位于切割道两边缘、切割道内部堆积的熔渣进行加工，将切割道边缘的熔渣和切割道内部的熔渣去除，使得切割道边缘变得光滑，内部交联状的重结晶熔渣被清除。

5.根据权利要求1或4所述的一种半导体材料的激光加工方法，其特征是，所述单光束激光系统的重复加工方法中所提及的“重复多次”为两次或两次以上。