CN110480161A - 晶片的切割方法及装置 - Google Patents

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陈红
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卢建刚
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Abstract

本发明主要公开了一种晶片切割方法和装置。方法如下：提供待切割处理的晶片，所述晶片包括衬底和层叠结合于所述衬底一表面PN层；沿所述衬底层至所述PN层的方向，对所述衬底层表面进行激光切割处理切割深度为穿透所述衬底层但不达到所述PN层；对所述晶片的PN层与所述衬底层相对的表面进行机械切割处理，并使得机械切割处理的切割道与所述激光切割处理的切割道对应，直至将所述晶片切割断。本发明所述的晶片切割方法，背面采用激光切割提升效率，正面采用机械切割避免激光切割的高温破坏PN层，兼顾了效率和良率；另一方面采用激光切割可以有效降低背崩率，提高晶片的良率的同时还能减少机械加工的刀具的损耗。

Description

晶片的切割方法及装置
技术领域
本发明属于半导体加工领域，具体涉及一种晶片的切割方法和用于切割晶片的装置。
背景技术
在半导体和LED行业，芯片的生产流程一般包括芯片设计、芯片生产、芯片封装和芯片的测试。其中，在芯片生产流程中，衬底材料(wafer)需要经过外延、光刻、刻蚀等步骤形成晶元，然后晶元片需要经过切割形成一个个独立的小晶元，我们称为chip或者die。目前在生产中，有两种切割工艺用来切割衬底材料：金刚石刀片方式机械切割或激光切割。
衬底材料，如硅、锗、砷化镓、磷化镓等，多使用金刚石刀片方式进行机械切割，但是这种方式切割效率低，低于50mm/s，刀片易磨损，生产过程中要求对衬底和刀片不间断地喷水，生产成本高。并且刀片和衬底直接接触，容易产生裂纹，背崩率较高，生产良率低。另一方面，考虑到生产成本，刀刃需要保留一定的厚度，防止过快地磨损，造成切割槽宽度过宽，就需要预留出更宽的切割道尺寸。生产中，沉底材料需要预留出50微米的切割道宽度才能保证良率。这种方式也有一定的优势，比如无热影响，因为有冷却水的冲洗，这种切割方式为冷加工，材料没有热熔或汽化现象，在切割道的两侧没有回熔物堆积现象。
激光划片技术广泛应用于半导体技术领域衬底的切割，具有切割速度快,可高达500mm/s，精度高，工艺稳定等特点。紫外纳秒激光器因其高的切割效率被广泛用于衬底材料的切割，它的切割原理为激光聚焦于材料的表面，因其高的能量密度和高的吸收率使激光焦点及附近区域的材料温度急剧升高，材料被液化和汽化，从切割道喷射出来。激光光斑直径一般小于10μm，我们可以缩减切割道宽度，从而提高单片产率。紫外纳秒激光切割技术属于热加工，会在衬底上形成热影响区。另外，因为材料被液化或者汽化，切割道两侧有回熔物堆积以及在切割面的侧壁有回熔物的粘附现象。
垂直结构LED产品正面为电极，电极四周为发光区域。这种结构的LED在制造时，可以预留切割道，也可以不预留切割道，衬底上外延生长的PN结没有分隔开。这种做法具有一定的优势，即节省光刻、刻蚀等工艺节约成本，也可以提高发光面积，并且切割道会占用一定的表面空间。
对于无切割道垂直结构的LED如果单独使用激光进行切割，因为存在热影响和回熔现象，会导致侧壁尤其是正面PN结处存在熔融物的黏连，电性会受到影响；如果单独使用金刚石砂轮方式进行切割，则会使切割效率降低，成本增大。
因此开发一种新晶片的切割方法及其配套装置，满足效率和电性的要求是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种晶片的切割方法及其装置，以解决现有切割方法及其装置切割效率低下良品率低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种晶片的切割方法，包括如下步骤：
提供待切割处理的晶片，所述晶片包括衬底和层叠结合于所述衬底一表面PN层；
沿所述衬底层至所述PN层的方向，对所述衬底层表面进行激光切割处理切割深度为穿透所述衬底层但不达到所述PN层；
对所述晶片的PN层与所述衬底层相对的表面进行机械切割处理，并使得机械切割处理的切割道与所述激光切割处理的切割道对应，直至将所述晶片切割断。
优选地，所述晶片的所述衬底材料包括硅、锗、砷化镓、磷化镓任意一种。
优选地，在所述激光切割处理过程前，是先将所述晶片进行固定处理。
优选地，在所述激光切割处理过程中还包括在晶片表面负载保护液。
优选地，所述激光切割时的保护液的流量为1～2ml/s。
优选地，所述激光切割处理过程中提供的激光的波长为355nm；
优选地，所述激光的脉宽小于25ns；
优选地，所述激光的功率小于15W。
本发明另一方面提供了一种晶片切割装置，所述晶片切割装置包括：
晶片固定装置，用于固定所述晶片；
机械切割装置，用于对PN层进行切割；
激光切割装置，用于对衬底层进行切割。
优选地，所述晶片切割装置还包括上料取料装置，所述上料取料装置用于将未加工的晶片放上加工台和将加工好的晶片取走。
优选地，所述激光切割装置包括：激光发生器、相位校对装置、保护液负载装置、控制器；
所述激光发生器用于生成激光；所述相位校对装置用于校对激光位置，对材料进行加工；所述保护液负载装置用于对加工前的晶片表面进行保护液负载处理；所述控制器用于对各自动化部件进行统一控制调度。
优选地，所述机械切割装置为金刚石砂轮刀。
与现有技术相比，本发明所述的晶片切割方法，背面采用激光切割提升效率，正面采用机械切割避免激光切割的高温破坏PN层，兼顾了效率和良率；另一方面采用激光切割可以有效降低背崩率，提高晶片的良率的同时还能减少机械加工的刀具的损耗。
本发明的晶片切割装置一方面采用先进的控制系统和多种辅助装置的配合，达到生产效率的极大提升；另一方面配合加工方法的改进保证良品率，且效率上也得到一定程度上的提升。
附图说明
图1是本发明实施例的晶片切割方法的流程示意图；
图2是发明实施例的晶片切割装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例一方面提供了一种晶片的切割方法，本方法结合机械切割和激光切割，分别用于合适的切割部位，结合了两者的优点。一方面提升了效率，保证了良品率；另一方面激光切割的断面小，切口窄提升了晶片产量的同时还改善了晶片的半导体性能。具体的如图1所示所述晶片切割方法包括如下步骤：
S01：提供待切割处理的晶片，所述晶片包括衬底和层叠结合于所述衬底一表面PN层；
S02：沿所述衬底层至所述PN层的方向，对所述衬底层表面进行激光切割处理切割深度为穿透所述衬底层但不达到所述PN层；
S03：对所述晶片的PN层与所述衬底层相对的表面进行机械切割处理，并使得机械切割处理的切割道与所述激光切割处理的切割道对应，直至将所述晶片切割断。
上述步骤S01中，所述晶片的衬底材料包括砷化镓等。这些是常见的衬底材料，由于衬底材料的功能需求，都是激光较难加工的材料。
上述步骤S02中，所述激光的波长为355nm；采用的紫外激光具备很高的能量因此能将晶片衬底切割。
上述步骤S02中，所述激光的脉宽小于25ns较小的脉宽可以使切口更小能量更集中，避免原料和能量的浪费。
上述步骤S02中，所述激光的功率小于15W。此功率下可以保证切割正常进行而又不会导致温度过高。
上述步骤S02中，在所述激光切割处理过程前，是先将所述晶片进行固定处理。
在上述步骤S02中，在所述激光切割处理过程中还包括在晶片表面负载保护液。保护液可以起到保护晶片不被高温的激光损坏。
在上述步骤S03中，所述机械切割和激光切割还伴随着再晶片表面负载冷却液。机械切割时冷却液除了冷却的作用还有冲掉碎屑清洗的作用。在一实施例中所述冷却液包括聚乙烯醇。聚乙二醇为常用冷却液具有价格低廉降温效果好的优势。
在另一实施例中，所述激光切割时的冷却液的流量为1～2ml/s。由于激光切割产生的热量很大，所以需要较大量的冷却液来保证温度的稳定。
本发明实施例还提供了一种晶片切割装置，如图2所述晶片切割装置包括：上料取料装置，晶片固定装置，机械切割装置，激光切割装置。上料取料装置可以提高生产效率，节省人工。晶片固定装置、用于将晶片固定，一般采取负压的方式固定。沿所述衬底层至所述PN层的方向，对所述衬底层表面进行激光切割处理切割深度为穿透所述衬底层但不达到所述PN层；在一实施例中，所述机械切割装置为金刚石砂轮刀。金刚石是硬度最高的加工材料，是切割时刀具的首选材料。激光切割装置、所述激光切割装置包括：激光发生器、相位校对装置、控制器。激光切割装置需要很高的精度和控制度，因此采用控制器对激光的参数进行设定，采用相位校对装置对需要切割的部位进行位置确认，然后进行加工，由于加工的过程中激光会产生很高温度，因此还需要保护液负载装置对晶片表面进行预先保护。机械切割装置用于对所述晶片的PN层与所述衬底层相对的表面进行机械切割处理，并使得机械切割处理的切割道与所述激光切割处理的切割道对应，直至将所述晶片切割断，完成加工。

Claims (10)

1.一种晶片的切割方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供待切割处理的晶片，所述晶片包括衬底和层叠结合于所述衬底一表面PN层；
沿所述衬底层至所述PN层的方向，对所述衬底层表面进行激光切割处理切割深度为穿透所述衬底层但不达到所述PN层；
对所述晶片的PN层与所述衬底层相对的表面进行机械切割处理，并使得机械切割处理的切割道与所述激光切割处理的切割道对应，直至将所述晶片切割断。
2.如权利要求1所述的切割方法，其特征在于：所述晶片的所述衬底材料包括硅、锗、砷化镓、磷化镓的任意一种。
3.如权利要求1所述的切割方法，其特征在于：在所述机械切割处理过程中，是先将所述晶片进行固定处理。
4.如权利要求1所述的切割方法，其特征在于：在所述激光切割处理过程中还包括在晶片表面负载保护液。
5.如权利要求4所述的切割方法，其特征在于：所述激光切割时的保护液的流量为1～2ml/s。
6.如权利要求1所述的切割方法，其特征在于：所述激光切割处理过程中提供的激光的波长为355nm；和/或
所述激光的脉宽小于25ns；和/或
所述激光功率小于15W。
7.一种晶片切割装置，其特征在于，所述晶片切割装置包括：
晶片固定装置，用于固定所述晶片；
机械切割装置，用于对PN层进行切割；
激光切割装置，用于对衬底层进行切割。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述晶片切割装置还包括上料取料装置，所述上料取料装置用于将未加工的晶片放上加工台和将加工好的晶片取走。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述激光切割装置包括：激光发生器、相位校对装置、保护液负载装置、控制器；
所述激光发生器用于生成激光；所述相位校对装置用于校对激光位置，对材料进行加工；所述保护液负载装置用于对加工前的晶片表面进行保护液负载处理；所述控制器用于对各自动化部件进行统一控制调度。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述机械切割装置为金刚石砂轮刀。
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