CN105336686A - 一种复合结构SiC衬底器件的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种复合结构SiC芯片的切割方法，采用砂轮切割在划片槽区域把复合结构SiC芯片进行切割分离。通过先形成复合结构SiC芯片完成圆片；再测量其厚度；把SiC芯片完成圆片贴在切割片架上的蓝膜或UV膜上；测量其总厚度；应用第一切割条件切割开多层介质到SiC外延层，再针对SiC衬底应用第二切割条件切割到SiC衬底中，应用第三切割条件切割到SiC衬底与背面金属界面处，最后应用第四切割条件切割到背面多层金属厚度的1/2处，最终裂片分离SiC芯片。优点：可以很安全地实现复合结构SiC芯片的切割分离，有效减小复合结构中多层介质、SiC衬底及外延层、背面金属的崩边及损伤，提高SiC芯片的良品率和切割效率。

Description

一种复合结构SiC衬底器件的切割方法

技术领域

本发明涉及利用碳化硅（SiC）半导体材料功率器件的制造。更具体而言，本发明涉及的是一种复合结构SiC衬底器件的切割方法。SiC半导体材料上下都有不同介质和金属组成。

背景技术

应用SiC半导体的宽禁带和高温稳定性使得其在高温半导体器件方面有无可比拟的优势。采用SiC材料已制成了MESFET、MOSFET、JEFT、BJT等多种器件，他们的工作温度可达500℃以上，可提供在极端环境下的电子系统的使用。

SiC是1-10GHZ范围的大功率微波放大器的理想材料，目前LED固体照明是SiC器件的主要应用领域，在航天宇航的应用领域SiC器件是不可取代，可以抵御太空强大的射线辐射，同时能够在强电磁干扰作用下正常工作。

SiC本身这种材料十分坚硬，是一种非常难切割的材料。在切割的过程中，如果没有选择合适的设备和刀具，那么刀片极易容易发生断刀现象，并且从断刀位置继续切割也会发生断刀，从而导致工艺无法进行。因此SIC切割非常具有技巧性。

SiC切割一般会使用软刀切割，这样会带来很多的问题，同时划片槽也必须设计的很大，极大的浪费了晶圆尺寸。大大提高了成本。

发明内容

本发明提供一种复合结构SiC衬底器件的切割方法，该方法可以用来切割十分复杂的多层介质和金属SiC衬底器件，能够得到更高的良品率，而且缩小划片槽的尺寸，节约成本。

本发明的技术解决方案：复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）在一层或多层SiC外延片（103）上制备SiC芯片，从而形成复合结构SiC芯片完成圆片；

2）测量SiC芯片完成圆片切割道区域的厚度；

3）把SiC芯片完成圆片贴在切割片架上的蓝膜或UV膜上；

4）测量SiC芯片完成圆片切割道区域加蓝膜或UV膜的总厚度；

5）应用第一切割条件处理第一层钝化介质（101）和第二层钝化介质（102）在所述一层或多层SiC外延片（103）上，切割第一预定厚度的沟槽；

6）应用第二切割条件处理一层或多层SiC外延片（103），切割第二预定厚度的沟槽；

7）应用第三切割条件处理一层或多层SiC外延片（103），切割第三预定厚度的沟槽；

8）应用第四切割条件处理多层金属（104、105、106、107），切割第四预定厚度的沟槽；

9）经过所述第一、第二、第三、第四切割处理后，采用裂片方法，所述SiC芯片被分离。所述的步骤5）、步骤6）、步骤7）、步骤8）的切割条件所要求的设备的主轴功率2000～5000W；切割水流角度在135°-165°；切割水流量1L/min-2L/min。

本发明的有益效果：

相比现有技术，本发明可以很安全地实现多层复合结构SiC衬底的切割，且这种切割方法不会破坏金属衬底，和表面介质，无论是良品率还是切割效率有很大的提高，进而降低SiC生产成本。

附图说明

图1是本发明一个实施例通过切割SiC制造器件步骤的示意图。

图2是本发明一个实施例通过切割SiC制造器件的横截面视图，其中包含准备进行切割的具有多层不同介质的器件

图3是本发明一个实施例通过切割SiC制造器件的横截面视图，其中包含准备进行切割的SiC衬底的器件。

图4是本发明一个实施例通过切割SiC制造器件的横截面视图，其中包含准备进行切割的打底金属的SiC器件。

图5是本发明一个实施例通过切割SiC制造器件的横截面视图，其中包含准备进行切割的底层金属的SiC器件。

图6是本发明一个实施例通过切割SiC，制造出复杂结构的SiC衬底器件。

具体实施方式

如附图所示，复合结构SiC芯片的切割方法，包括以下步骤：

1）在一层或多层SiC外延片（103）上制备SiC芯片，从而形成复合结构SiC芯片完成圆片；

2）测量SiC芯片完成圆片切割道区域的厚度；

3）把SiC芯片完成圆片贴在切割片架上的蓝膜或UV膜上；

4）测量SiC芯片完成圆片切割道区域加蓝膜或UV膜的总厚度；

5）应用第一切割条件处理第一层钝化介质（101）和第二层钝化介质（102）在所述一层或多层SiC外延片（103）上，切割第一预定厚度的沟槽；

6）应用第二切割条件处理一层或多层SiC外延片（103），切割第二预定厚度的沟槽；

7）应用第三切割条件处理一层或多层SiC外延片（103），切割第三预定厚度的沟槽；

8）应用第四切割条件处理多层金属（104、105、106、107），切割第四预定厚度的沟槽；

9）经过所述第一、第二、第三、第四切割处理后，采用裂片方法，所述SiC芯片被分离。

所述的步骤1），一层或多层SiC外延片（103）为在SiC衬底上进行的一层或多层SiC同质外延圆片，外延片厚度在200～400μm，所述的复合结构为SiC芯片完成圆片的切割道区域的从正表面多层介质（101、102）到SiC外延片（103），再到其背面的多层金属（104、105、106、107）结构；

所述的珍面多层介质（101、102）为：采用等离子体增强化学气相淀积方法（PECVD）或感应耦合等离子体增强化学气相淀积方法（ICP-PECVD），钝化介质为二氧化硅或氮化硅，厚度在0.2～0.9μm；所述的背面的多层金属（104、105、106、107）为：采用电子束蒸发或磁控溅射的方式形成的多层金属膜，金属为钛、镍、银、金等组成，总厚度在6～9μm。

所述的步骤2），测量SiC芯片完成圆片切割道区域为设计宽度在50～500μm的专用于切割的区域，所述的测量SiC芯片完成圆片切割道区域厚度为多层复合结构的总厚度，厚度在210～410μm；

所述的设计宽度在50～500μm的专用于切割的区域所需要选择的切割刀片的要求是：目数为2000～4800的金刚石颗粒的刀片，刀刃的厚度在0.51～0.71mm，刀具的角度为45°～60°。

所述的步骤3），蓝膜或UV膜为厚度在0.08～0.2mm，粘度为低粘、中粘、高粘、有带UV紫外线和不带UV的，材质为PVC、PO、PET、EVA、PVG。

所述的步骤4），SiC芯片完成圆片切割道区域加蓝膜或UV膜的总厚度为290～610μm。

所述的步骤5），应用第一切割条件为：转速3000～4000rpm，刀片的落刀位置离最大直径10～20mm；所述的切割第一预定厚度的沟槽为多层介质（101、102）厚度的沟槽，第一预定厚度在0.2～0.9μm。

所述的应用第二切割条件为：转速4000～5000rpm，刀片的落刀位置离最大直径20～30mm；所述的切割第二预定厚度的沟槽为SiC外延片（103）厚度三分之一位置的沟槽，第二预定厚度在70～140μm。

所述的步骤7），应用第三切割条件为：转速4000～5000rpm，刀片的落刀位置离最大直径15～25mm；所述的切割第三预定厚度的沟槽为SiC外延片（103）与背面金属界面位置的沟槽，第三预定厚度在130～260μm。

所述的步骤8），应用第四切割条件为：转速5000～6000rpm，刀片的落刀位置离最大直径18～28mm；所述的切割第四预定厚度的沟槽为背面金属二分之一厚度的沟槽，第四预定厚度在3～4.5μm。

所述的步骤9），裂片为：裂片槽宽为设计切割槽宽的1.3～1.7倍。

所述的步骤5）、步骤6）、步骤7）、步骤8），切割条件所要求的设备的主轴功率2000～5000W；切割水流角度在135°-165°；切割水流量1L/min-2L/min。

Claims (10)

1.复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）在一层或多层SiC外延片（103）上制备SiC芯片，从而形成复合结构SiC芯片完成圆片；

2）测量SiC芯片完成圆片切割道区域的厚度；

3）把SiC芯片完成圆片贴在切割片架上的蓝膜或UV膜上；

4）测量SiC芯片完成圆片切割道区域加蓝膜或UV膜的总厚度；

5）应用第一切割条件处理第一层钝化介质（101）和第二层钝化介质（102）在所述一层或多层SiC外延片（103）上，切割第一预定厚度的沟槽；

6）应用第二切割条件处理一层或多层SiC外延片（103），切割第二预定厚度的沟槽；

7）应用第三切割条件处理一层或多层SiC外延片（103），切割第三预定厚度的沟槽；

8）应用第四切割条件处理多层金属（104、105、106、107），切割第四预定厚度的沟槽；

9）经过所述第一、第二、第三、第四切割处理后，采用裂片方法，所述SiC芯片被分离；所述的步骤5）、步骤6）、步骤7）、步骤8）的切割条件所要求的设备的主轴功率2000～5000W；切割水流角度在135°-165°；切割水流量1L/min-2L/min。

2.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于，所述的步骤1），一层或多层SiC外延片（103）为在SiC衬底上进行的一层或多层SiC同质外延圆片，外延片厚度在200～400μm，所述的复合结构为SiC芯片完成圆片的切割道区域的从正表面多层介质（101、102）到SiC外延片（103），再到其背面的多层金属（104、105、106、107）结构；

所述的珍面多层介质（101、102）为：采用等离子体增强化学气相淀积方法（PECVD）或感应耦合等离子体增强化学气相淀积方法（ICP-PECVD），钝化介质为二氧化硅或氮化硅，厚度在0.2～0.9μm；所述的背面的多层金属（104、105、106、107）为：采用电子束蒸发或磁控溅射的方式形成的多层金属膜，金属为钛、镍、银、金等组成，总厚度在6～9μm。

3.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于所述的步骤2），测量SiC芯片完成圆片切割道区域为设计宽度在50～500μm的专用于切割的区域，所述的测量SiC芯片完成圆片切割道区域厚度为多层复合结构的总厚度，厚度在210～410μm；

所述的设计宽度在50～500μm的专用于切割的区域所需要选择的切割刀片的要求是：目数为2000～4800的金刚石颗粒的刀片，刀刃的厚度在0.51～0.71mm，刀具的角度为45°～60°。

4.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于所述的所述的步骤3），蓝膜或UV膜为厚度在0.08～0.2mm，粘度为低粘、中粘、高粘、有带UV紫外线和不带UV的，材质为PVC、PO、PET、EVA、PVG。

5.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于所述的步骤4），SiC芯片完成圆片切割道区域加蓝膜或UV膜的总厚度为290～610μm。

6.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于所述的步骤5），应用第一切割条件为：转速3000～4000rpm，刀片的落刀位置离最大直径10～20mm；所述的切割第一预定厚度的沟槽为多层介质（101、102）厚度的沟槽，第一预定厚度在0.2～0.9μm。

7.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于所述的步骤6），应用第二切割条件为：转速4000～5000rpm，刀片的落刀位置离最大直径20～30mm；所述的切割第二预定厚度的沟槽为SiC外延片（103）厚度三分之一位置的沟槽，第二预定厚度在70～140μm。

8.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于所述的步骤7），应用第三切割条件为：转速4000～5000rpm，刀片的落刀位置离最大直径15～25mm；所述的切割第三预定厚度的沟槽为SiC外延片（103）与背面金属界面位置的沟槽，第三预定厚度在130～260μm。

9.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于所述的步骤8），应用第四切割条件为：转速5000～6000rpm，刀片的落刀位置离最大直径18～28mm；所述的切割第四预定厚度的沟槽为背面金属二分之一厚度的沟槽，第四预定厚度在3～4.5μm。

10.根据权利要求1所述的复合结构SiC芯片的切割方法，其特征在于所述的步骤9），裂片为：裂片槽宽为设计切割槽宽的1.3～1.7倍。