CN115008025B - 基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，主要提供至少一半导体装置，其中半导体装置包括一基板及至少一半导体磊晶结构的层迭。以一雷射照射半导体装置的一边缘区域，并分离位于边缘区域的基板与半导体磊晶结构。通过一压合装置压迫半导体装置的边缘区域，而后以雷射照射半导体装置的一内部区域，并分离位于内部区域的基板与半导体磊晶结构，其中分离内部区域的基板及半导体磊晶结构时所产生的气体会由边缘区域排出，以防止在分离过程中对半导体磊晶结构造成损伤。
Description
技术领域
本发明有关于一种基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其中分离基板及半导体磊晶结构时所产生的气体会由边缘区域排出，以防止在分离过程中对半导体磊晶结构造成损伤。
背景技术
蓝宝石基板是半导体磊晶结构中经常使用的基板，具有化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟等优点。但蓝宝石基板仍存在高电阻、低导热等缺点，限制了设置在蓝宝石基板上的半导体磊晶结构的效能。
为了改善上述的缺点，目前会将连接半导体磊晶结构的蓝宝石基板置换为其他具有导热及导电特性的基板，例如金属基板或硅基板，以提高半导体磊晶结构的效能。具体而言，可将半导体磊晶结构连接一基板，而后通过雷射分离半导体磊晶结构及蓝宝石基板，以将蓝宝石基板置换为其他基板。
通过雷射虽然可以分离半导体磊晶结构及蓝宝石基板，但在分离的过程中，往往会在未分离的半导体磊晶结构及蓝宝石基板之间产生应力，而造成半导体磊晶结构及/或蓝宝石基板扭曲变形及翘曲，例如已分离的区域过分翘曲导致撕裂未分离的区域，而成半导体磊晶结构损坏。
发明内容
如先前技术所述，以雷射分离基板及半导体磊晶结构的过程中，产生的气体有可能窜入未分离的基板与半导体磊晶结构之间，进而导致半导体磊晶结构的损坏。为此本发明提出一种新颖的基板及半导体磊晶结构的分离方法，先分离半导体装置的边缘区域，而后再分离半导体装置的内部区域，其中分离过程中产生的气体会由边缘区域排出，以避免在分离过程中造成半导体磊晶结构的损坏。
本发明的一目的，在于提出一种基板及半导体磊晶结构的分离方法，主要用以分离半导体装置的一基板及至少一半导体磊晶结构。在分离的过程中，先通过雷射照射半导体装置的一边缘区域，使得位于边缘区域的半导体磊晶结构及基板分离，并于两者之间产生一排气空间。
而后通过雷射照射半导体装置的一内部区域，以分离内部区域的半导体磊晶结构及基板，其中内部区域位于边缘区域的内侧。在分离半导体磊晶结构及基板的过程中，靠近基板的半导体磊晶结构会吸收雷射的能量而产生热分解。热分解时产生的气体会经由边缘区域输送到半导体装置的外部，可有效避免气体窜入未分解的半导体磊晶结构及基板之间，而造成未分解区域的基板及半导体磊晶结构产生应力崩裂。
本发明的一目的，在于提出一种基板及半导体磊晶结构的分离方法，主要通过雷射照射半导体装置的边缘区域，以分离边缘区域的半导体磊晶结构及基板。而后通过一压合装置压迫半导体装置部分的边缘区域，并通过雷射照射半导体装置的内部区域，以分离内部区域的半导体磊晶结构及基板。通过压合装置压合已分离区域的半导体磊晶结构及/或基板，可避免已分离区域的半导体磊晶结构及/或基板过分翘曲，而撕裂未分离区域的半导体磊晶结构，进而导致半导体磊晶结构的损坏。
本发明的一目的，在于提出一种基板及半导体磊晶结构的分离方法，主要通过雷射照射半导体装置的最靠侧边的边缘区域，以分离边缘区域的半导体磊晶结构及基板。而后雷射沿着半导体装置的径向内侧位移，并以雷射照射邻近边缘区域内侧的半导体装置，以分离该区域的半导体磊晶结构及基板。
当靠近半导体装置侧边的已分离区域的宽度大于或等于一特定宽度时，例如大于或等于1.5mm，可以压合装置压迫或固定半导体装置侧边的已分离区域，而后再通过雷射照射已分离区域内侧的半导体装置，直到所有的半导体磊晶结构与基板分离。通过本发明所述的基板及半导体磊晶结构的分离方法，不仅有利于导出分离过程中产生的气体，更可避免已分离的基板与半导体磊晶结构过度翘曲，而拉扯未分离的基板及半导体磊晶结构，进而损坏半导体磊晶结构。
为了达到上述的目的，本发明提出一种基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，包括：提供至少一半导体装置，其中半导体装置包括一基板及至少一半导体磊晶结构，半导体磊晶结构连接基板；以一雷射照射半导体装置的一边缘区域，其中雷射投射在靠近基板的半导体磊晶结构上，并分离位于边缘区域的基板与半导体磊晶结构；通过一压合装置压迫半导体装置的边缘区域；及以雷射照射半导体装置的一内部区域，雷射投射在靠近基板的半导体磊晶结构上，并分离位于内部区域的基板与半导体磊晶结构，其中边缘区域位于内部区域的周围。
本发明提供另一种基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，包括：提供至少一半导体装置，其中半导体装置包括一基板及至少一半导体磊晶结构，半导体磊晶结构连接基板；以一雷射沿着半导体装置的一侧边位移，以分离位于侧边的基板及半导体磊晶结构，并在半导体装置的侧边形成一第一分离区；雷射朝第一分离区的径向内侧的方向位移；雷射在第一分离区内侧位移，以形成至少一第二分离区，其中第二分离区与第一分离区相邻，并位于第一分离区的内侧；通过一压合装置压迫半导体装置的第一分离区及第二分离区；及以雷射照射半导体装置的一内部区域，雷射投射在靠近基板的半导体磊晶结构上，并分离位于内部区域的基板与半导体磊晶结构，其中第二分离区位于内部区域的周围。
所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，包括：将半导体装置放置在一吸附平台上，以吸附平台产生的一负压吸附及固定半导体装置；及雷射经由基板进入半导体装置，照射在半导体装置的边缘区域，并投射在靠近基板的半导体磊晶结构上，使得靠近基板的半导体磊晶结构吸收雷射的能量而产生热分解。
所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其中边缘区域的宽度或第一分离区及第二分离区的宽度总和大于或等于1.5mm。
所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其中压合装置包括复数个压合单元用以压迫半导体装置的边缘区域、第一分离区及第二分离区，并于相邻的压合单元之间存在一间隙。
所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其中半导体磊晶结构为一氮化镓化合物磊晶结构或一氮化镓磊晶结构。
所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其中雷射投射在第一分离区的一光斑大于投射在第二分离区。
本发明的有益效果是：通过雷射照射层迭的基板及半导体磊晶结构的边缘区域，以分离边缘区域的基板及半导体磊晶结构，而后再通过雷射照射基板及半导体磊晶结构的内部区域，以分离内部区域的基板及半导体磊晶结构，使得分离过程中产生的气体由已分离的边缘区域排出，避免气体窜入未分离的基板及半导体磊晶结构，而损害半导体磊晶结构。
附图说明
图1为本发明基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法用以分离边缘区域一实施例的剖面示意图。
图2为本发明基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法分离边缘区域一实施例的俯视图。
图3及图4为本发明基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法分离边缘区域又一实施例的俯视图。
图5为本发明基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法用以分离内部区域一实施例的剖面示意图。
图6为本发明基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法用以分离内部区域一实施例的俯视图。
附图标记说明：10-半导体装置；101-侧边；11-基板；12-边缘区域；121-第一分离区；123-第二分离区；13-半导体磊晶结构；14-内部区域；20-承载装置；21-吸附平台；211-吸附孔；23-压合装置；231-压合单元；232-间隙；25-雷射。
具体实施方式
请参阅图1至图6，为本发明基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法一实施例的步骤流程示意图。如图所示，首先提供至少一半导体装置10，其中半导体装置10包括一基板11及至少一半导体磊晶结构13，半导体磊晶结构13及基板11层迭连接设置。
本发明的基板11是适合成长半导体磊晶结构13的基板，而半导体磊晶结构13则成长在基板11上。在本发明一实施例中，基板11包括蓝宝石基板、碳化硅基板、硅基板，半导体磊晶结构13为三五族的半导体材料，例如半导体磊晶结构13为一氮化镓化合物磊晶结构或一氮化镓磊晶结构。可通过各种不同的磊晶制程将半导体磊晶结构13成长在基板11上，例如化学气相沉积、分子束磊晶技术等，并在基板11上形成各种电子组件，例如基板11上的电子组件可以是晶体管、二极管、发光二极管或5G的电子组件等。
将半导体装置10放置在一承载装置20上，其中承载装置20包括一吸附平台21及一压合装置23。半导体装置10放置在吸附平台21上，其中吸附平台21包括复数个吸附孔211，用以形成一负压以吸附及固定半导体装置10。在实际应用时可将半导体装置10的半导体磊晶结构13放置在吸附平台21上，并通过吸附平台21的吸附孔211产生的负压吸附半导体磊晶结构13。
在本发明一实施例中，可先将半导体装置10的半导体磊晶结构13连接一替换基板，例如可通过晶圆接合制程(wafer bonding process)连接半导体磊晶结构13及替换基板，其中替换基板通常为具有导热及导电特性的材料，例如金属基板或硅基板。而后将替换基板放置在吸附平台21上，通过吸附平台21的吸附孔211产生的负压吸附替换基板，以将半导体装置10固定在吸附平台21上。
以一雷射25照射半导体装置10的一边缘区域12，其中边缘区域12为半导体装置10上最靠近外侧或侧边101的封闭区域。若基板11与半导体磊晶结构13完全重迭，例如两者的面积及形状相近，则边缘区域12为基板11及半导体磊晶结构13最外侧或靠近侧边101的封闭区域。若基板11的面积大于半导体磊晶结构13，边缘区域12则是半导体磊晶结构13最外侧或最靠侧边101的封闭区域。
在本发明一实施例中，雷射25由基板11进入半导体装置10，其中雷射25产生的光源投射或聚焦在靠近基板11的半导体磊晶结构13上，使得位于边缘区域12的半导体磊晶结构13吸收雷射25的能量而产生热分解，以分离位于边缘区域12的基板11与半导体磊晶结构13。由于边缘区域12位于半导体装置10或半导体磊晶结构13的最外侧，因此靠近基板11的半导体磊晶结构13热分解时产生的气体可由半导体装置10或半导体磊晶结构13的侧边101排出。
在实际应用时可依据半导体磊晶结构13及/或基板11的材料或厚度决定雷射25的波长或功率，例如当半导体磊晶结构13为氮化镓，而基板11为蓝宝石基板时，雷射25可以是波长为248奈米的KrF准分子雷射，其中雷射25投射或聚焦在靠近蓝宝石基板的氮化镓，使得氮化镓热分解为氮气及金属镓，氮气可由半导体装置10的边缘区域12及/或侧边101排出。当然上述的材料及雷射25的种类仅为本发明一具体实施例，并非本发明权利范围的限制。
在本发明一实施例中，边缘区域12可由复数个不同大小的封闭曲线构成，例如复数个不同半径的同心圆。如图3所示，先通过雷射25照射半导体装置10最靠近侧边101的区域，并沿着半导体装置10的侧边101位移，以分离靠近侧边101的基板11及半导体磊晶结构13，并在半导体装置10靠近侧边101的位置形成一第一分离区121。
而后通过雷射25照射第一分离区121内侧的半导体装置10，并沿着第一分离区121内侧位移，以在半导体装置10上形成第二分离区123。第二分离区123的周长及/或半径小于第一分离区121，其中第二分离区123与第一分离区121相邻，并位于第一分离区121内侧。雷射25在半导体装置10上形成第一分离区121后，可沿着第一分离区121、半导体装置10及/或半导体磊晶结构13的径向内侧位移。例如，第一分离区121及第二分离区123可为环状或圆环状，其中第二分离区123的外径小于第一分离区121的外径，而第二分离区123的外径则约略等于第一分离区121的内径，使得第二分离区123可以类似镶嵌的方式设置在第一分离区121内。
在实际应用时，第二分离区123的数量可为复数个，其中各个第二分离区123的周长及/或半径皆不同，并依序排列在第一分离区121内侧。例如第一分离区121及第二分离区123可为圆形，其中第二分离区123的半径小于第一分离区121，并紧贴第一分离区121的内侧。
当雷射25照射的边缘区域12的宽度大于一门坎值时，例如大于或等于1.5mm，并以大于或等于3mm为较佳，雷射25可暂时停止照射半导体装置10。具体而言，第一分离区121及至少一第二分离区123可组成边缘区域12，其中第一分离区121及第二分离区123的总合宽度大于或等于1.5mm，并以大于或等于3mm为较佳。
此外，在本发明一实施例中，雷射25照射在第一分离区121及第二分离区123时的光斑(spot size)可为不同，其中雷射25照射第一分离区121的光斑可大于第二分离区123，可在不影响良率的前提下，提高半导体磊晶结构13与基板11分离的效率。
雷射25在分离半导体装置10的边缘区域12、第一分离区121及/或第二分离区123后，可通过压合装置23压在半导体装置10已分离的边缘区域12、第一分离区121及/或第二分离区123上，并将半导体装置10固定在吸附平台21及/或承载装置20上，如图5及图6所示。而后通过雷射25照射半导体装置10的内部区域14，其中内部区域14位于边缘区域12及/或第二分离区域123内侧。
雷射25投射在靠近基板11的半导体磊晶结构13上，位于内部区域14的半导体磊晶结构13会吸收雷射25的能量而产生热分解，使得内部区域14的半导体磊晶结构13及基板11分离。半导体磊晶结构13热分解时产生的气体可由位于边缘区域12的半导体磊晶结构13及基板11之间排出，以避免气体窜入邻近未分解的区域(内部区域14)，而造成未分解区域的基板11及半导体磊晶结构13产生应力崩裂。
雷射25在半导体装置10的内部区域14的扫描或位移方式包括但不限制为螺旋状、同心圆状或棋盘状，其中雷射25照射内部区域14的起始点以紧贴已分离的边缘区域12及/或第二分离区域123为较佳，以利于热分解的气体经由边缘区域12、第二分离区域123及/或第一分离区域121排出半导体装置10。
当雷射25照射半导体装置10的内部区域14时，压合装置23会压迫半导体装置10的边缘区域12、第二分离区域123及/或第一分离区域121，可防止半导体装置10中已分离的边缘区域12、第二分离区域123及/或第一分离区域121上的基板11及/或半导体磊晶结构13翘曲，而拉扯未分离的基板11及/或半导体磊晶结构13，进而损坏内部区域14的半导体磊晶结构13。
在本发明一实施例中，压合装置23包括复数个压合单元231用以压迫半导体装置10的边缘区域12、第二分离区域123及/或第一分离区域121，而相邻的压合单元231之间存在一间隙232。例如各个压合单元231可相对于吸附平台21摆动，并压合吸附平台21上的半导体装置10。压合装置23包括复数个压合单元231，且相邻的压合单元231之间具有一间隙232仅为本发明一实施例，并非本发明权利范围的限制。
在本发明另一实施例中，压合装置23可为环形，其中环形的压合装置23可相对于吸附平台21上下位移，并压合吸附平台21上的半导体装置10。一般而言，压合装置23并不会以很大的力压迫吸附平台21上的半导体装置10，因此位于边缘区域12、第二分离区域123及/或第一分离区域121上已分离的基板11及半导体磊晶结构13之间仍会存在空隙。虽然环形的压合装置23不存在间隙232，但分离内部区域14时产生的气体仍可以由边缘区域12、第二分离区域123及/或第一分离区域121上已分离的基板11及半导体磊晶结构13之间的空隙排出。
位于间隙232的半导体装置10未被压合单元231压迫，使得间隙232内的半导体磊晶结构13不会紧贴着基板11，其中内部区域14的半导体磊晶结构13热分解时产生的气体由可由间隙232内的半导体磊晶结构13及基板11之间排出。
本发明优点：
通过雷射照射层迭的基板及半导体磊晶结构的边缘区域，以分离边缘区域的基板及半导体磊晶结构，而后再通过雷射照射基板及半导体磊晶结构的内部区域，以分离内部区域的基板及半导体磊晶结构，使得分离过程中产生的气体由已分离的边缘区域排出，避免气体窜入未分离的基板及半导体磊晶结构，而损害半导体磊晶结构。
以上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。
Claims (10)
1.一种基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，包括：
提供至少一半导体装置，其中该半导体装置包括一基板及至少一半导体磊晶结构，该半导体磊晶结构连接该基板；
以一雷射照射该半导体装置的一边缘区域，其中该雷射投射在靠近该基板的该半导体磊晶结构上，并分离位于该边缘区域的该基板与该半导体磊晶结构；
通过一压合装置压迫该半导体装置的该边缘区域；及
以该雷射照射该半导体装置的一内部区域，该雷射投射在靠近该基板的该半导体磊晶结构上，并分离位于该内部区域的该基板与该半导体磊晶结构，其中该边缘区域位于该内部区域的周围。
2.根据权利要求1所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，包括：
将该半导体装置放置在一吸附平台上，以该吸附平台产生的一负压吸附及固定该半导体装置；及
该雷射经由该基板进入该半导体装置，照射在该半导体装置的该边缘区域，并投射在靠近该基板的该半导体磊晶结构上，使得靠近该基板的该半导体磊晶结构吸收该雷射的能量而产生热分解。
3.根据权利要求1所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，其中该边缘区域的宽度大于或等于1.5mm。
4.根据权利要求1所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，其中该压合装置包括复数个压合单元用以压迫该半导体装置的该边缘区域，并于相邻的该压合单元之间存在一间隙。
5.根据权利要求1所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，其中该半导体磊晶结构为一氮化镓化合物磊晶结构或一氮化镓磊晶结构。
6.一种基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，包括：
提供至少一半导体装置，其中该半导体装置包括一基板及至少一半导体磊晶结构，该半导体磊晶结构连接该基板；
以一雷射沿着该半导体装置的一侧边位移，以分离位于该侧边的该基板及该半导体磊晶结构，并在该半导体装置的该侧边形成一第一分离区；
该雷射朝该第一分离区的径向内侧的方向位移；
该雷射在该第一分离区内侧位移，以形成至少一第二分离区，其中该第二分离区与该第一分离区相邻，并位于该第一分离区的内侧；
通过一压合装置压迫该半导体装置的该第一分离区及该第二分离区；及
以该雷射照射该半导体装置的一内部区域，该雷射投射在靠近该基板的该半导体磊晶结构上，并分离位于该内部区域的该基板与该半导体磊晶结构，其中该第二分离区位于该内部区域的周围。
7.根据权利要求6所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，包括：
将该半导体装置放置在一吸附平台上，以该吸附平台产生的一负压吸附及固定该半导体装置；及
该雷射经由该基板进入该半导体装置，照射在该半导体装置的该第一分离区及该第二分离区，并投射在靠近该基板的该半导体磊晶结构上，使得靠近该基板的该半导体磊晶结构吸收该雷射的能量而产生热分解。
8.根据权利要求6所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，其中该压合装置包括复数个压合单元用以压迫该半导体装置的该第一分离区及该第二分离区，并于相邻的该压合单元之间存在一间隙。
9.根据权利要求6所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，其中该第一分离区及该第二分离区的宽度总和大于或等于1.5mm。
10.根据权利要求6所述的基板及半导体磊晶结构的雷射分离方法，其特征在于，其中该雷射投射在该第一分离区的一光斑大于投射在该第二分离区。
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