CN113714649A

CN113714649A - 晶片的制造方法

Info

Publication number: CN113714649A
Application number: CN202110978556.8A
Authority: CN
Inventors: 李春昊; 郝宏伟; 巫礼杰; 任达; 仰瑞; 贺少鹏; 童灿钊; 尹建刚; 高云峰
Original assignee: Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Hans Semiconductor Equipment Technology Co Ltd
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2041-08-25
Also published as: CN113714649B

Abstract

本申请提供了一种晶片的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：借助激光的照射，在所述晶锭内距离第一表面相当于所述晶片厚度的深度位置上沿着C面形成剥离层，所述剥离层将晶锭分成晶锭本体部分和晶锭待分离部分；晶锭的第一表面通过热加载后的粘结层粘附于固体衬底上，其中，所述粘结层的热膨胀系数与所述晶锭的热膨胀系数有差异；保持晶锭本体部分和固体衬底相对于固定，并使所述粘结层冷却用于在所述晶锭中产生应力，所述剥离层在该应力的作用下将晶锭待剥离部分剥离，生成晶片；以及降低粘结层的粘结性，将生成的所述晶片与固体衬底分离。上述晶片的制造方法的整个剥离过程简单可靠，且生产成本低。

Description

晶片的制造方法

技术领域

本申请属于晶片制造技术领域，更具体地说，是涉及一种晶片的制造方法。

背景技术

在半导体行业中，通常使用碳化硅(SiC)、硅(Si)、蓝宝石(Al2O3)、玻璃等材料的晶片作为制备器件的衬底。传统的晶片制备方法为使用线锯切割的方式或“冷分离”的方式将晶锭剥离成片。

但是采用线锯切割的方式存在严重的材料损耗，分片过程会导致晶锭的大部分(70～80％)被废弃。特别是对于高硬度的SiC材料(莫氏硬度9.5)，锯线切割的方式不仅材料损耗大，还存在效率过低、刀具磨损严重和环境污染等诸多难题，严重制约了SiC产业的发展。

而采用“冷分离”的方式中，需要通过旋体胶水的方法将SiC晶锭材料与PDMS粘结到一起。胶水的旋涂工艺增加了工艺复杂度，不利于批量生产。另外，上述分离方案中采用液氮制冷，液氮作为耗材会增加额外的生产成本。同时，制冷装置的引入也会使得装备制造过程更为复杂。上述问题限制该方案在工业生产中的应用。

发明内容

本申请在于提供晶片的制造方法，以解决上述背景技术所提到的技术问题。

本申请采用的技术方案是一种晶片的制造方法，用于把晶锭分离制得晶片，所述晶锭具有C轴以及与所述C轴垂直的c面，且所述晶锭还具有第一表面，所述第一表面与所述C面相互平行或呈现有夹角，所述制造方法包括以下步骤：

借助激光的照射，在所述晶锭内距离第一表面相当于所述晶片厚度的深度位置上沿着C面形成剥离层，所述剥离层将晶锭分成晶锭本体部分和晶锭待分离部分；

对所述剥离层进行加热或赋予所述晶锭振动，以降低所述剥离层内部的结合力；

晶锭的第一表面通过热加载后的粘结层粘附于固体衬底上，其中，所述粘结层的热膨胀系数与所述晶锭的热膨胀系数有差异；

保持晶锭本体部分和固体衬底相对于固定，并使所述粘结层冷却用于在所述晶锭中产生应力，所述剥离层在该应力的作用下将晶锭待剥离部分剥离，生成晶片；以及

降低粘结层的粘结性，将生成的所述晶片与固体衬底分离。

上述晶片的制造方法中，通过降低剥离层内部的结合力，并利用粘结层将晶锭待剥离部分固定在固体衬底，以使固体衬底和晶锭主体部分保持相对固定，此时，晶锭待剥离部分和晶锭主体部分也保持相对固定。使粘结层冷却至室温，粘结层在冷却过程中产生收缩，从而使得晶锭待剥离部分和晶锭本体部分相互分离开，最后将晶锭待剥离部分从固体衬底分离，得到晶片，整个剥离过程简单可靠，并且通过温控组件对粘结层进行热加载的方式在工业生产中较为常见，且成本也更低。

进一步地，所述对剥离层进行加热的步骤还包括：

借助CO₂激光的照射，使剥离层吸收激光能够产生热膨胀，促进所述裂纹沿着C面的各方向扩展。

进一步地，所述粘结层为胶体材料，所述胶体材料可在液态和固态之间转换。

进一步地，所述晶锭的第一表面通过热加载后的粘结层粘附于固体衬底上的步骤还包括：

将所述粘结层加热至熔化温度或玻璃化转变温度以上形成液态，所述晶锭的第一表面通过液态的粘结层设置于固体衬底上，待所述粘结层凝固后，所述晶锭通过粘结层固定在固体衬底上。

进一步地，所述降低粘结层的粘结性的步骤还包括：对所述粘结层加热，使所述粘结层受热分解熔化，进而失去或降低粘性。

进一步地，所述降低粘结层的粘结性的步骤还包括：对所述粘结层进行光照，使所述粘结层进行光分解，进而失去或降低粘性。

进一步地，所述借助激光的照射，在所述晶锭内距离第一表面相当于所述晶片厚度的深度位置上形成剥离层的步骤还包括：

将对晶锭具有透过性波长的激光光束聚光点定位在距离第一表面相当于要生成所述晶片厚度的深度，通过激光照射，在该深度的晶锭内部形成改质部以及从所述改质部起沿着C面各方向扩展的裂纹，所述裂纹形成剥离层。

进一步地，还包括：对被剥离的所述晶片的分离面进行研磨而加工成光滑表面。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的晶片的制造方法中C轴与垂线一致的晶锭的结构示意图；

图2为图1所示晶片的制造方法中C轴与垂线倾斜的晶锭的剖视图；

图3为图1所示晶片的制造方法的流程框图；

图4为图1所示晶片的制造方法剥离层形成工序的构示意图；

图5为图1所示晶片的制造方法中激光在C面形成裂纹的结构示意图；

图6为图1所示晶片的制造方法中晶锭本体部分与晶锭待剥离分别分离的结构示意图；

图7为图1所示晶片的制造方法中晶锭本体部分通过粘结层设置在固体衬底上的结构示意图；

图8为图1所示晶片的制造方法中在固体衬底设置温度控制组件的结构示意图；

图9为图1所示晶片的制造方法中将通过光照的方式将晶片与固体衬底分离的结构示意图。

附图标记：

100、晶锭；110、晶锭本体部分；120、晶锭待剥离部分；130、C轴；140、C面；150、第一表面；160、垂线；

200、激光加工装置；300、剥离层；320、裂纹；400、粘结层；500、固体衬底；600、机械结构；700、温度控制组件；800、光源；810、紫外光。

具体实施例

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元结构被称为“固定于”或“设置于”另一个元结构，它可以直接在另一个元结构上或者间接在该另一个元结构上。当一个元结构被称为是“连接于”另一个元结构，它可以是直接连接到另一个元结构或间接连接至该另一个元结构上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在一些申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请提供一种晶片的制造方法，利用该方法可将固体材料(例如晶锭100)制备成若干个晶片。其中，晶锭100具有第一表面150以及与第一表面150相反侧的第二表面。晶锭100的材料可以是SiC、Si、Al2O3、玻璃等。在本申请以SiC为材料的晶锭100的实施方式进行说明。

进一步地，晶锭100还具有C轴130以及与C轴130垂直的C面140。在一些实施例中，C轴130与第一表面150和第二表面的垂线160一致(即C面140与第一表面150或第二表面相互平行)如图1所示。在其它实施例中，C轴130相对于第一表面150和第二表面的垂线160倾斜(即C面140与第一表面150或第二表面形成有偏离角)如图2所示。需要说明的是，无论C轴130相对于第一表面150和第二表面的垂线160是否倾斜，均能够使用本申请的晶片的制造方法。

此外，第一表面150和第二表面中至少一个为光滑表面。在本申请以第一表面150为光滑表面的实施方式进行说明。

参阅图3，本申请中晶片的制造方法包括以下步骤：

步骤100，借助激光的照射，在所述晶锭100内距离第一表面150相当于所述晶片厚度的深度位置上沿着C面140形成剥离层300，所述剥离层300将晶锭100分成晶锭100本体部分和晶锭100待分离部分。

步骤200、对所述剥离层300进行加热或赋予所述晶锭100振动，以降低所述剥离层300内部的结合力。

步骤300、晶锭100的第一表面150通过热加载后的粘结层400粘附于固体衬底500上，其中，所述粘结层400的热膨胀系数与所述晶锭100的热膨胀系数有差异。

步骤400、保持晶锭100本体部分和固体衬底500相对于固定，并使所述粘结层400冷却用于在所述晶锭100中产生应力，所述剥离层300在该应力的作用下将晶锭100待剥离部分剥离而生成晶片。

步骤500、降低粘结层400的粘结性，将生成的所述晶片与固体衬底500分离。

上述制造方法中，首先利用激光在待分离的晶锭100内部形成剥离层300，保证薄层晶片厚度的一致性，并通过对所述剥离层300进行加热或赋予所述晶锭100振动的方式，以降低所述剥离层300内部的结合力；接着将形成有剥离层300的晶锭100的第一表面150(即晶锭100待剥离部分的表面)通过热加载后的粘结层400可拆卸地设置在固体衬底500上，工艺过程便捷；其次保持晶锭100本体部分和固体衬底500相对于固定，并使所述粘结层400逐渐冷却至室温，粘结层400在冷却过程中产生收缩，并可在晶锭100中产生应力，剥离层300在该应力的作用下将晶锭100待剥离部分剥离，进而生成晶片；剥离后薄层的晶片通过降低粘结层400的粘结性的方式将晶片从固体衬底500取下，得到晶片。

结合图3和图4，步骤100，借助激光的照射，在所述晶锭100内距离第一表面150相当于所述晶片厚度的深度位置上沿着C面140形成剥离层300。

其中，激光的照射可采用例如激光加工装置200来实施。

激光加工装置200至少包括激光头和透镜，透镜将激光头所发发射的激光聚焦在晶锭100的内部，通过驱使激光头移动(例如通过三轴位移平台(图中未标示)驱动激光头沿X轴、Y轴以及Z轴方向移动)，使聚焦的激光在晶锭100的内部沿着C面140各方向形成剥离层300。

具体地，步骤100，借助激光的照射，在所述晶锭100内距离第一表面150相当于所述晶片厚度的深度位置上沿着C面140形成剥离层300的步骤还包括：

将对晶锭100具有透过性波长的激光光束聚光点定位在距离第一表面150相当于要生成所述晶片厚度的深度，通过激光照射，在该深度的晶锭100内部形成改质部以及从所述改质部起沿着C面140各方向扩展的裂纹320(如图5)，该裂纹320形成剥离层300。

具体地，在不超过从连续形成的改质部起在C面140各向同性地形成的裂纹320的宽度的范围，通过驱动激光头移动，使聚光点在C面140上连续地形成改质部，使每一改质部所扩展的裂纹320相连结，形成剥离层300。

示例性地，预设所述晶片厚度为D，则激光光束聚光点定位在距离第一表面150深度距离为D的C面140上。需要说明的是，在一些实施例中，还需要对被剥离的所述晶片的分离面进行研磨而加工成光滑表面，所以在晶锭100内部沿着C面140形成剥离面的过程中还需要留有加工余量L，即此时激光光束聚光点应定位在距离第一表面150深度距离为D+L的C面140上。其中，加工余量L一般为0μm～100μm.

激光在C面140上的扫描路径可以是沿着C面140的多组平行线(如图4)，也可以是螺旋线或多组同心圆。

此外，若C轴130与第一表面150和第二表面的垂线160一致(即C面140与第一表面150或第二表面相互平行)时，裂纹320所形成的剥离层300与第一表面150相互平行。

若C轴130相对于第一表面150和第二表面的垂线160倾斜(即C面140与第一表面150或第二表面形成有偏离角)时，裂纹320所形成的剥离层300与第一表面150形成偏离角。其中，α的角度一般为0度～4度，例如，d＝0度、或α＝2度、或α＝4度。

此处，针对上述方法一和方法二在晶锭100内形成剥离层300的激光加工条件包括：选择0.1ps～500ns的脉冲激光，激光频率为10～1000kHz，激光的波长为308nm～2000nm，激光在晶锭100内部形成的聚光点能量为20μJ～100μJ。

例如，激光加工条件可以是：选择200ns的脉冲激光，激光的频率为500kHz，激光的波长为1064nm，激光在晶锭100内部形成的聚光点能量为80μJ。

激光的加工条件还可以是：选择500ns的脉冲激光，激光的频率为1000kHz，激光的波长为2000nm，激光在晶锭100内部形成的聚光点能量为100μJ。

步骤200、对所述剥离层300进行加热或赋予所述晶锭振动，以降低所述剥离层300内部的结合力。

可理解，晶锭100内部经激光照射形成剥离层300后，该剥离层300处的结合力相较于晶锭100其它部分的结合力更弱，因此为了使粘结层400冷却用于在所述晶锭100中产生应力能够更好地将晶锭100待剥离部分剥离而生成晶片，还可进一步降低剥离层300内部的结合力。

具体地，所述将对晶锭100具有透过性波长的激光光束聚光点定位在距离第一表面150相当于要生成所述晶片厚度的深度，通过激光照射，在该深度的晶锭100内部形成改质部以及从所述改质部起沿着C面140各方向扩展的裂纹320后，对所述剥离层300进行加热或赋予所述晶锭100振动，由此促进所述裂纹320沿着C面140的各方向扩展，使裂纹320之间更好的结合，使后续剥离过程更加容易。

方法一，可通过对剥离层300进行加热，通过热应力促进剥离层300内部的裂纹320扩展，以进一步地削弱剥离层300的结合力，使剥离过程更容易。例如，可通过CO2激光辐照剥离层300，使剥离层300吸收激光能够产生热膨胀，促进所述裂纹320沿着C面140的各方向扩展。其中，CO2激光的加工参数可以为：将CO2激光的工作模式设置有CW模式，波长设置有10.6um，功率设置为80W。采用CO2激光进一步促进剥离层300内的裂纹扩展相对于直接用形成剥离层300时的激光对剥离层进行长时间的照射能够更好地防止剥离层被破坏(例如使剥离层区域的晶锭结构被改质，影响生成后镜片的质量)，这是因为CO2激光的功率和能量相对于形成剥离层的激光更低。

方法二，可通过赋予晶锭100振动，通过振动促进剥离面内部的裂纹320扩展，以进一步地削弱剥离层300的结合力，使剥离过程更容易。例如，可将晶锭100置于水槽中进行超声波处理。

结合图3和图6，步骤300、晶锭100的第一表面150通过热加载后的粘结层400粘附于固体衬底500上，其中，所述粘结层400的热膨胀系数与所述晶锭100的热膨胀系数有差异。

其中，粘结层400与晶锭100之间热膨胀系数差异可以是粘结层400的热膨胀系数大于晶锭100的热膨胀系数，也可以是粘结层400的热膨胀系数小于晶锭100的热膨胀系数。

可理解，当晶锭100通过热加载后的粘结层400设置于固体衬底500上时，粘结层400会把一部分热量传递到晶锭100上，当两者的热量平衡时，晶锭100也会开始冷却，由于晶锭100和粘结层400的热膨胀系数不同，所以两者的冷却收缩率也不同，因此会在晶锭100内部产生应力。一般来说，粘结层400与晶锭100的热膨胀系数差异在0ppm/K～10ppm/K之间即可实现。当了为了使分离效率更高，可选用与晶锭100相比热膨胀系数差异大于10ppm/K的粘结层400。

并且可知，参阅图6，晶锭100本体部分一般较厚，其可通过机械结构600对其进行固定，而晶片一般较薄，在晶锭100内形成剥离层300后，不宜采用机械结构600对晶锭100待剥离部分进行固定，所以固体衬底500的作用是辅助晶锭100待剥离部分与晶锭100本体部分保持相对固定，以便于更好地在晶锭100内产生应力。

其中，固体衬底500的材质可以是金属材质，如金属铜(Copper)、钢(Steel)、因瓦合金(Invar)等；也可以是非金属材质，如蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)等。

在本申请中，粘结层400为粘结层，通过采用粘结层能够很好地实现对晶锭100待剥离部分进行固定，以便于后续工序中使粘结层400冷却用于在所述晶锭100中产生应力。

当然，若晶锭100本体部分较薄时，晶锭100本体部分也可通过粘结层400可拆卸地设置在另一固体衬底500上如图7所示。

示例性地，粘结层为胶体材料，并且该胶体材料可在液态和固态之间转换。

例如，所选用的胶体材料在室温时为固体状态，在经过高温加热后固体可转化为液态或熔熔状态。其中，理想的熔化温度或玻璃化转变温度为50℃-400℃。当然温度越低，越有利于晶锭100的剥离过程。

具体地，将胶体材料放置在固体衬底500用于固定晶锭100待剥离部分的表面上，通过对该胶体材料进行加热，使胶体材料由固态转化为液态或熔熔状态，将晶锭100的第一表面150与液态或熔熔状态的胶体材料接触；接着使胶体材料冷却，由于粘结层400的热膨胀系数与晶锭100的热膨胀系数存在差异，所以胶体材料由液态或熔熔状态逐渐凝固成固态的过程中会在晶锭100内产生应力，进而可进一步促进裂纹320沿着剥离层300扩展，最终沿着剥离层300将晶锭100待剥离部分剥离，生成晶片。

进一步地，参阅图8，为了便于对放置在固体衬底500上的胶体材料进行加热，可在固体衬底500上设置温度控制组件700，利用温度控制组件700对固体衬底500进行加热，使固体衬底500将热量传递至胶体材料处，进而实现对胶体材料的加热。可理解，此时，固体衬底500应采用导热性较好的材料，例如金属铜或蓝宝石等。

上述步骤中，通过使晶锭100待剥离部分以及晶锭100本体保持相对固定，其中薄层的晶锭100待剥离部分通过粘结层400与固体衬底500进行固定，在晶锭100待剥离部分固定过程中，可通过对粘结层400进行加热使其转化成液态或熔熔状态，将晶锭100的第一表面150与粘结层400接触后使粘结层400冷却，在粘结层400冷却过程中会在晶锭100内部形成应力，促进剥离层300上的裂纹320扩展，并最终将晶锭100待剥离部分从晶锭100本体部分剥离，生成晶片，该剥离方式简单可靠，且能够降低了生产成本，提高了生产效率。

参照图3，所示，步骤500，降低粘结层400的粘结性，将生成的所述晶片与固体衬底500分离。

其中，粘结层400如上所述可以是粘结层，且一般粘结层具有热溶解或者光分解性质，所以在对其进行加热或光照后，可以使粘结层的粘性降低或失效。

具体地，若粘结层具有热溶解时，降低粘结层400的粘结性，将生成的所述晶片与固体衬底500分离的步骤还包括：对粘结层加热使粘结层降低或失去粘性，进而将晶片与固体衬底500分离。

若粘结层具有光分解性质时，降低粘结层400的粘结性，将生成的所述晶片与固体衬底500分离的步骤还包括：对所述粘结层进行光照使所述粘结层降低或失去粘性，进而将晶片与固体衬底500分离。

方法一，当晶锭100待剥离部分和晶锭100本体部分分离后，可再一次对粘结层400进行高温加热的方式，使粘结层400中的胶体材料温度达到熔点或玻璃化转变温度以上，从而使胶体材料的粘性失去或降低。例如，参阅图8，可通过温度控制组件700对固体衬底500进行加热，利用固体衬底500将热量传导至胶体材料处，使胶体材料受热溶解。可理解，此时固体衬底500可采用导热性较好的材质，以提高热传导的效果。

方法二，当晶锭100待剥离部分和晶锭100本体部分分离后，可通过对粘结层400进行光照，进而使粘结层400上的胶体材料进行光分解失去或降低粘性。例如，参阅图9，可通过光源800(例如紫外线)发射光线，并使光线透过固体衬底500照射在胶体材料上，使胶体材料进行光分解。可理解，此时固体衬底500可采用具有高透过率的材质，以提高光照的效果，例如蓝宝石。

此外，本申请的晶片的制造方法还包括：对被剥离的所述晶片的分离面进行研磨而加工成光滑表面。

需要说明的是，该步骤可以在晶片与固体衬底500分离之前，也可以在晶片与固体衬底500分离之后。

具体地，该步骤可通过研磨设备对晶片的分离面进行平滑处理，使晶片满足加工要求。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在一些申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在一些申请的保护范围之内。

Claims

1.一种晶片的制造方法，用于把晶锭分离制得晶片，所述晶锭具有C轴以及与所述C轴垂直的C面，且所述晶锭还具有第一表面，所述第一表面与所述C面相互平行或呈现有夹角，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

降低粘结层的粘结性，将生成的所述晶片与固体衬底分离。

2.如权利要求1所述的晶片的制造方法，其特征在于，所述对剥离层进行加热的步骤还包括：

3.如权利要求1所述的晶片的制造方法，其特征在于，所述粘结层为胶体材料，所述胶体材料可在液态和固态之间转换。

4.如权利要求1所述的晶片的制造方法，其特征在于，所述晶锭的第一表面通过热加载后的粘结层粘附于固体衬底上的步骤还包括：

5.如权利要求1或3所述的晶片的制造方法，其特征在于，所述降低粘结层的粘结性的步骤还包括：对所述粘结层加热，使所述粘结层受热分解熔化，进而失去或降低粘性。

6.如权利要求1或3所述的晶片的制造方法，其特征在于，所述降低粘结层的粘结性的步骤还包括：对所述粘结层进行光照，使所述粘结层进行光分解，进而失去或降低粘性。

7.如权利要求1所述的晶片的制造方法，其特征在于，所述借助激光的照射，在所述晶锭内距离第一表面相当于所述晶片厚度的深度位置上形成剥离层的步骤还包括：

8.如权利要求1至7任意一向所述的晶片的制造方法，其特征在于，还包括：对被剥离的所述晶片的分离面进行研磨而加工成光滑表面。