CN109599357B - 一种半导体元件的切割方法及制造方法 - Google Patents

一种半导体元件的切割方法及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种半导体元件的切割方法及制造方法，包括：提供一衬底，所述衬底上包括多个半导体元件；进行粘片步骤，粘片膜与所述衬底的底面上进行粘合；覆盖保护膜于所述半导体元件上；进行隐形切割步骤，以在所述衬底内部形成变质层结构；进行劈裂步骤，以获得相互分隔的所述半导体元件。本发明提出的切割方法能够解决现有技术在切割过程中半导体元件脱落的问题，有效地提高了生产良率及作业效率，同时本发明工艺简单稳定，可操作性强，能够在工业上进行推广应用。

Description

一种半导体元件的切割方法及制造方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种半导体元件的切割方法及制造方法。
背景技术
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了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。
目前，市场上拥有的晶圆切割方法主要是用锯条的机械切割及用激光的切割方式。传统的机械切割方式如金刚刀划片，砂轮刀据切因其效率低，成品率不高已逐渐落伍，不能满足现代化生产的需要，目前激光切割方式正在逐渐取代传统的机械切割，成为目前主流的切割方式。但是在激光切割过程中，在当前划片所采用的粘片方式中，容易导致胶膜回粘至晶片、倒膜过程中晶粒脱落或残余、造成材料和人工的浪费。
发明内容
鉴于上述技术的缺点，本发明提供一种半导体元件的切割方法，以解决现有切割技术在切割过程中易导致胶膜回粘至半导体元件，倒膜过程中晶粒脱落或残余等其他问题。
本发明提出一种半导体元件的切割方法，包括以下步骤：
S1：提供一衬底，所述衬底上包括多个半导体元件；
S2：进行粘片步骤，粘片膜与所述衬底的底面进行粘合；
S3：覆盖保护膜于所述半导体元件上；
S4：进行隐形切割步骤，以在所述衬底内部形成变质层结构；
S5：进行劈裂步骤，以获得相互分隔的所述半导体元件；
其中，在步骤S1中，所述衬底包括蓝宝石图形化衬底、蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底及复合衬底，所述半导体元件包括发光二极管，激光二极管、场效应晶体管；
所述半导体元件在所述衬底上生长一层外延结构，所述外延结构上具有切割道，所述切割道为由纵向直线切割道和横向直线切割道构成的网络结构；所述半导体元件包括多个半导体单元；
在步骤S2中，将粘片膜粘合到所述衬底的底面，所述粘片膜具有一定的粘度，可以将所述衬底的底面与粘片膜粘合，所述粘片膜的膜厚均匀性小于20％，膜光透均匀性小于20％，粘片过程可按照一定方向进行，直至没有明显可见的气泡为止；在步骤S2之前还包括对所述衬底的底面进行减薄，抛光，背镀处理(SiO2粘附层或Ti3O5粘附层)；
在步骤S3中，所述保护膜可包括聚酯薄膜，所述保护膜能完全覆盖在所述半导体元件上，起到保护作用，所述保护膜厚度大于等于25微米；
在步骤S4中，进行隐形切割时时，激光先通过所述粘片膜然后进入所述衬底，在所述衬底内部形成变质层结构，所述变质层结构由纵向直线通道和横向直线通道构成的网络结构，所述变质层结构与所述切割道一一对应并且位于所述切割道的正下方；所述变质层结构的位置与所述半导体单元相对应；
在步骤S5中，根据所述变质层结构和所述切割道对所述半导体元件进行劈裂，获得相互分开独立的所述半导体元件；去除所述半导体元件上的保护膜，然后按照倍率进行扩张，最后进行后工序作业，例如：测试，分选，检验等作业。
本发明提出一种半导体元件的制造方法，包括以下步骤：
S101：提供一衬底；
S102：形成多个半导体元件于所述衬底上；
S103：分割所述半导体元件；其中，所述分割步骤包括：
进行粘片步骤，粘片膜与所述衬底的底面进行粘合；
覆盖保护膜于所述半导体元件上；
进行隐形切割步骤，以在所述衬底内部形成变质层结构；
进行劈裂步骤，以获得相互分隔的所述半导体元件。
本发明提出的一种半导体元件的切割方法及制造方法，通过将所述粘片膜粘合到所述衬底的底面上，隐形切割时，激光先通过所述粘片膜然后在进入所述衬底，在所述衬底内部形成变质层结构，在劈裂过程中，避免了所述粘片膜回粘到所述半导体元件上面，从而解决了胶膜回粘至所述半导体元件，倒膜过程中晶粒脱落或残余等其他问题。本发明工艺简单稳定，可操作性强，能够适用于工业生产。
附图说明
图1：本发明提出的一种半导体元件的切割方法的流程图。
图2：本发明中具有衬底的半导体元件示意图。
图3：本发明对衬底进行隐形切割后的结构示意图。
图4：本实施例中所述发光二极管切割后的侧视图。
图5：本实施例中提到的一种发光二极管的切割方法的流程图。
图6：本实施中提到的半导体元件的制造方法流程图。
符号说明
1 衬底
2 半导体元件
3 变质层结构
4 粘片膜
5 衬底
6 缓冲层
7 N型半导体层
8 多量子阱发光层
9 P型半导体层
10 绝缘层
11 透明导电层
12 N金属电极
13 P金属电极
S11-S18 步骤
S21-S25 步骤
S31-S33 步骤
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。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下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1-3，本发明提出一种半导体元件的切割方法，包括以下步骤：
S11：提供一衬底1，在所述衬底1上生长多个半导体元件2；其中，所述半导体衬底1可包括蓝宝石衬底，蓝宝石图形化衬底，硅衬底，碳化硅衬底以及复合衬底，所述半导体元件2可包括发光二极管，激光二极管，场效应晶体管或双极型晶体管；所述半导体元件2在所述半导体衬底1上生长有外延结构，所述外延结构上具有图形化的切割道，所述切割道为由纵向直线切割道和横向直线切割道构成的网络结构，当所述半导体元件2为发光二极管时，所述外延结构至少包括N型半导体层，多量子阱发光层和P型半导体层，所述半导体元件2包括例如多个发光二极管，激光二极管，场效应晶体管或双极型晶体管单元；
S12：减薄，抛光，背镀；对所述半导体衬底1进行减薄，抛光工艺，去除所述半导体衬底1的损伤层，消除残余应力，提高所述半导体元件的激光器性能，本实施例中，还可以在所述半导体衬底1的底面镀上粘附层，例如SiO2粘附层或Ti3O5粘附层；
S13：粘片；所述衬底1的底面与粘片膜4粘合，所述粘片膜4具有一定的粘性，同时要求所述粘片膜4的膜厚均匀性小于20％，膜光透均匀性小于20％，本实施例对所述粘片膜4的厚度不作限定，在粘片过程中，可按照一定的方向进行推进，直至没有明显可见的气泡为止，本实施例中使用的所述粘片膜4例如为东进的KL6800；
S14：贴保护膜；本实施例中，所述保护膜包括例如聚酯薄膜，不限于所述聚酯薄膜，所述保护膜完全覆盖在所述半导体元件2上，防止污染所述半导体元件2中的电极区域，所述保护膜的厚度大于等于25微米，图中未体现所述保护膜；
S15：隐形切割；在隐形切割时，激光可先穿过聚酯薄膜然后在进入所述半导体衬底1，并且在所述半导体衬底1中形成变质层结构3，所述变质层结构3为由纵向直线通道和横向直线通道构成的网络结构，所述变质层结构3与所述切割道一一对应且位于所述切割道的正下方；在本实施例中，隐形切割过程中对激光的频率，功率不作限定，本实施例中采用隐形切割进行划片，所述隐形切割技术为通过控制激光发射器，按照特定的频率向所述衬底1发射一定功率，波长及焦距的激光脉冲，以在所述衬底1的预设位置形成所述变质层结构3，所述变质层结构3一般为材料结构松弛的腔体或空腔；这种所述变质层结构3与所述切割道相互对应的切割方式，能较现有技术大幅提高切割精度以及提升切割速率；本实施例对所述变质层结构3的宽度不作限定；
S16：劈裂；根据单个所述半导体元件2的尺寸，按照所述变质层结构3和所述切割道的位置，设定好相应的步距，对所述半导体元件2进行裂片，得到互相分开的所述半导体元件2，本实施例选用大族的裂片机；
S17：去除所述半导体元件2上的保护膜，本实施例中通过手工的方式去除所述半导体元件2上的所述保护膜，然后按照相应的倍率对所述半导体元件2进行扩张；
S18：对扩张后的所述半导体元件2进行后工序作业，包括测试，分选，检测等。
请参阅图4，本实施例还提出一种发光二极管的结构，包括：
衬底5以及依序形成于所述衬底5上的缓冲层6，N型半导体层7、多量子阱发光层8、P型半导体层9及透明导电层11；凹槽，所述凹槽依序穿透所述透明导电层11、所述P型半导体层9、所述多量子阱发光层8、所述缓冲层6及所述N型半导体层7的部分厚度；绝缘层10，所述绝缘层10具有第一开口和第二开口，所述第一开口显露出部分所述透明导电层11，所述第二开口显露出所述凹槽底部的所述N型半导体层7；P金属电极13，所述P金属电极13位于所述透明导电层11被所述第一开口暴露出的表面，所述P金属电极13与所述透明导电层11电连接；以及N金属电极12，所述N金属电极12位于所述凹槽内及所述凹槽两侧的部分所述绝缘层上，所述N金属电极12与所述N型半导体层7电连接；
其中，所述衬底5的材料包括但不限于蓝宝石、氮化铝、氮化镓、硅、碳化硅；本实施例中所述衬底5可为平面衬底或图案化衬底；所述透明导电层11包括ZITO，ZIO，GIO，ZTO，FTO，AZO，GZO，In4Sn3O12或NiAu等透明导电层，不以此为限，本实施中所述透明导电层11为ITO。
请参阅图5，本实施例还提出一种发光二极管的切割方法，包括：
S21：提供一种具有衬底(例如蓝宝石衬底)的发光二极管；所述发光二极管在所述衬底上生长有外延层，所述外延层上具有图形化的切割道；所述切割道为由纵向直线切割道和横向直线切割道构成的网络结构；
S22：对所述发光二极管进行研磨，抛光；
S23：所述衬底的底面与粘片膜粘合；在粘片过程中，需要朝着一定的方向推进，直至没有明显可见的气泡为止，本实施例对粘片膜的厚度不作限定，本实施例采用的粘片膜例如为东进KL6800；
S24：对所述发光二极管中的所述衬底内部通过激光烧蚀得到图形化的变质层结构；所述激光烧蚀采用隐形切割技术；所述激光先穿过KL6800粘片膜，后进入所述衬底，所述变质层结构为由纵向直线通道和横向直线通道构成的网络结构；所述变质层结构位于所述切割道的正下方，且一一对应。
S25：对所述发光二极管进行裂片及后续作业；根据所述变质层结构和所述切割道的位置对所述发光二极管进行裂片，本实施例中采用大族的裂片机；对于裂片后的所述发光二极管还需要进行后续作业才能变成产品，本实施例不再进行阐述。
本发明提出的一种半导体元件的切割方法及制造方法，将粘片膜粘合在衬底的底面上，在切割过程中有效的避免了粘片膜回粘到半导体元件上，有效的解决了倒模过程中倒模不完全造成的半导体元件的损失及造成的材料和人工的浪费。本发明工艺简单稳定，可操作性强，能够适用于工业生产。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (7)

1.一种半导体元件的切割方法，其特征在于：包括，
提供一衬底，所述衬底上包括多个发光二极管或激光二极管半导体元件；
对所述衬底进行减薄，抛光，背镀处理；
进行粘片步骤，粘片膜与所述衬底的底面进行粘合；
覆盖保护膜于所述半导体元件上，其中所述保护膜厚度大于等于25微米；
进行隐形切割步骤，以激光穿过所述保护膜进入所述衬底，在所述衬底内部形成腔体或空腔的变质层结构；
进行劈裂步骤，以获得相互分隔的所述半导体元件。
2.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于：所述半导体元件在所述衬底上生长有外延层，所述外延层 至少包括N型半导体层，多量子阱发光层和P型半导体层，所述外延层具有图形化的切割道。
3.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于：所述切割道为由纵向直线切割道和横向直线切割道构成的网络结构。
4.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于：所述变质层结构为由纵向直线通道和横向直线通道构成的网络结构。
5.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于：所述粘片膜的膜厚均匀性小于20％，膜光透均匀性小于20％。
6.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于：所述劈裂步骤完成后，去除所述保护膜，然后进行扩张和后工序作业。
7.一种半导体元件的制造方法，其特征在于：包括，
提供一衬底；
形成多个发光二极管或激光二极管半导体元件于所述衬底上；
对所述衬底进行减薄，抛光，背镀处理；
分割所述半导体元件；其中，所述分割步骤包括：
进行粘片步骤，粘片膜与所述衬底的底面进行粘合；
覆盖保护膜于所述半导体元件上，其中所述保护膜厚度大于等于25微米；
进行隐形切割步骤，以激光穿过所述保护膜进入所述衬底，在所述衬底内部形成腔体或空腔的变质层结构；
进行劈裂步骤，以获得相互分隔的所述半导体元件。
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