CN115890021A

CN115890021A - 一种晶圆激光切割方法及晶圆

Info

Publication number: CN115890021A
Application number: CN202310011046.2A
Authority: CN
Inventors: 唐义洲
Original assignee: Chengdu Gongcheng Semiconductor Co ltd
Current assignee: Chengdu Gongcheng Semiconductor Co ltd
Priority date: 2023-01-05
Filing date: 2023-01-05
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2043-01-05
Also published as: CN115890021B

Abstract

本发明公开了一种晶圆激光切割方法及晶圆，属于半导体加工技术领域，包括：对载片和/或晶圆进行热氧生长；对载片进行划片开槽处理；对载片、晶圆进行键合处理、退火处理，得到键合片；对键合片进行背面金属沉积得到金属层，并进行激光退火；对键合片进行背面开槽处理；对键合片进行解键合处理；对晶圆进行正面激光划片处理。本发明在晶圆、载片键合处理前对载片进行开槽处理，保证后续键合退火过程中，水分子能充分溢出，确保键合质量；同时，还对键合片进行退火处理，消除了内应力影响，配合高强度键合片，能够保证后续制程的稳定性，避免了晶圆裂片风险。

Description

一种晶圆激光切割方法及晶圆

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种晶圆激光切割方法及晶圆。

背景技术

随着半导体的更新迭代，作为三代半导体代表的碳化硅(Silicon Carbide，SiC)材料凭借其宽禁带、高电子迁移率以及高热导性正逐渐在功率器件领域被广泛应用。功率器件领域所关注核心参数之一即为器件在导通下的电阻。在设计生产中，需要在保证器件浪涌、耐压、可靠性、成本等条件下尽量将器件的导通电阻做小。因此，在生产制造过程中减薄工艺应运而生。此外，由于碳化硅材料硬度较高，采用传统砂轮划片会有制造工艺时间长，崩边机率大、良率低的缺点。因此，在SiC功率器件的制造工程中，采用激光的形式进行划片已越来越普遍。

在相关的工艺技术中，一般采用单片晶圆的形式进行减薄划片。对于6寸减薄厚度较少晶圆，采用上述形式出现风险的可能性较低。但是对于8寸超薄的SiC晶圆，采用单片晶圆减薄加激光划片的形式破片率会呈现大幅度上升。此外，对于超薄晶圆，在背面激光开口时，器件内会出现一定应力，在后续制程中会带来较大隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供一种晶圆激光切割方法及晶圆。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种晶圆激光切割方法，该方法包括以下步骤：

对载片和/或晶圆进行热氧生长；

对载片进行划片开槽处理；

对载片、晶圆进行键合处理、退火处理，得到键合片；

对键合片进行背面金属沉积得到金属层，并进行激光退火；

对键合片进行背面开槽处理；

对键合片进行解键合处理；

对晶圆进行正面激光划片处理。

在一示例中，所述背面开槽深度为晶圆厚度的1/10-1/5。

在一示例中，所述激光划片的厚度为晶圆厚度的3/5-7/10。

在一示例中，所述对载片进行划片开槽处理后还包括：

对晶圆进行修边处理以及退火处理。

在一示例中，所述对晶圆进行修边处理以及退火处理包括：

对晶圆进行多次修边或多次阶梯修边处理，每次修边或阶梯修边处理后进行低温退火处理。

在一示例中，所述对载片、晶圆进行键合处理、退火处理后还包括：

对键合片进行减薄处理。

在一示例中，所述对键合片进行减薄处理包括：

对键合片进行多次减薄处理，相邻两次减薄处理过程中磨轮旋转方向相反。

在一示例中，所述对键合片进行多次减薄处理时还包括：

每次减薄处理后进行一次退火处理，最后一次退火处理前进行抛光处理。

在一示例中，所述对键合片进行背面开槽处理前还包括：

对键合片背面进行开槽标记沉积。

需要进一步说明的是，上述方法各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

本发明还包括一种晶圆，采用上述任一示例或者多个示例组合形成的所述一种晶圆激光切割方法进行制备得到。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1.在一示例中，在晶圆、载片键合处理前对载片进行开槽处理，保证后续键合退火过程中，水分子能充分溢出，确保键合质量；同时，还对键合片进行退火处理，消除了内应力影响，配合高强度键合片，能够保证后续制程的稳定性，避免了晶圆裂片风险。

2.在一示例中，对晶圆进行修边处理，能够防止晶圆崩边碎裂；退火处理能够消除修边工艺带来的内应力影响，降低修边碎片的可能性。

3.在一示例中，相较于单次修边处理，多次修边大大降低了崩边几率，能够最大程度防止晶圆碎裂。

4.在一示例中，对键合片进行减薄处理，能够保证后续制备得到的器件的性能。

5.在一示例中，相较于单次减薄，多次减薄处理大大降低了碎片风险，且相邻两次减薄过程中磨轮旋转方向相反，抵消了晶圆内部结构的残余应力，防止碎片现象的发生。

6.在一示例中，每次减薄后进行退火处理，能够消除减薄处理带来的内应力影响，降低减薄碎片的可能性；同时，仅在最后一次减薄工艺后进行抛光制程，防止后续减薄制程中出现烧片风险。

7.在一示例中，在背面制程的工程中引入激光开槽标记，避免在后续开槽过程中的误差导致的开槽位置偏离进而报废晶圆，保证了制备良率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明一示例中的方法流程图；

图2为本发明优选示例方法流程图；

图3为本发明优选示例步骤S1中载片上进行热氧生长示意图；

图4为本发明优选示例步骤S2制备得到的示意图；

图5为本发明优选示例步骤S3制备得到的示意图；

图6为本发明优选示例步骤S4制备得到的示意图；

图7为本发明优选示例步骤S5制备得到的示意图；

图8为本发明优选示例步骤S6制备得到的示意图；

图9为本发明优选示例步骤S7制备得到的示意图；

图10为本发明优选示例步骤S10制备得到的示意图。

图中：1-载片；2-晶圆；3-热氧层；4-金属层；5-开槽标记。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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发明的限制。此外，使用序数词 (例如，“第一和第二”、“第一至第四”等 )是为了对物体进行区分，并不限于该顺序，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

一种晶圆激光切割方法，适用于SiC晶圆的激光切割场景，当然也适用于Si晶圆激光切割场景，本发明具体实施例部分以SiC晶圆的激光切割为例进行说明。

在一示例中，如图1所示，一种晶圆激光切割方法，具体包括以下步骤：

S1’：对载片和/或晶圆进行热氧生长；

S2’：对载片进行划片开槽处理；

S3’：对载片、晶圆进行键合处理、退火处理，得到键合片；

S4’：对键合片进行背面金属沉积得到金属层，并进行激光退火；

S5’：对键合片进行背面开槽处理；

S6’：对键合片进行解键合处理；

S7’：对晶圆进行正面激光划片处理。

进一步地，步骤S1’中优选对Si载片、SiC晶圆均进行热氧生长，此时载片和晶圆上均形成有热氧层SiO₂，热氧层厚度为100 nm-120nm，优选为110nm。

进一步地，步骤S2’中Si载片的划片开槽深度为2um，切割道位置与后续SiC晶圆切割道位置一致重合。

进一步地，在键合前对Si载片、SiC晶圆进行CMP抛光（化学机械抛光）以及RCA清洗（工业标准湿法清洗工艺）。

进一步地，步骤S3’中，对具备热氧层的载片、晶圆进行键合处理，并在850℃-1050℃中进行退火处理，优选退火工艺温度为900℃，以保证键合界面水分子完全溢出并形成Si-O-Si键，形成永久键合的Si载片-SiC晶圆键合片。

进一步地，步骤S4’中，背面金属沉积优选为Ti或Mo，在金属沉积后进行激光退火。

进一步地，步骤S5’中，背面开槽优选为激光开槽，开槽深度为晶圆总厚度的1/10-1/5，优选为晶圆总厚度的3/20。

进一步地，步骤S6’中，通过去除载片与晶圆之间的热氧层进而实现解键合处理，优选通过刻蚀热氧层（界面层SiO₂）进而实现解键合处理。

进一步地，步骤S7’中，激光划片的厚度为晶圆厚度的3/5-7/10，优选为晶圆厚度的15/20。优选地，对晶圆进行贴膜激光划片及裂片工艺，以此实现晶圆激光切割。另外，激光划片、激光开槽以及激光退火采用的设备互通，仅需改变激光镜头等部分设备，大幅度降低了制造设备成本。

本示例中，在晶圆、载片键合处理前对载片进行开槽处理，在Si载片表面形成切割道，保证后续键合退火过程中，水分子能充分溢出，确保键合质量；同时，在解键合过程中，载片上开设的凹槽能增大刻蚀液与热氧层SiO₂接触面积，加快了解键合速度。另外，本发明方法还对键合片进行退火处理，消除了内应力影响，配合高强度键合片，能够保证后续制程的稳定性，避免了晶圆裂片风险。进一步地，采用生长有热氧的载片和生长有热氧的晶圆进行键合并退火形成永久键合，开槽处理等操作时晶圆均处于键合状态，降低了工艺制程对晶圆正面的影响；同时，相较于减薄后的单片晶圆，与载片键合的晶圆具有更强的机械强度，避免了碎片风险，进一步保证了工艺良率。

在一示例中，对载片进行划片开槽处理后还包括：

对晶圆进行修边处理以及退火处理。其中，对晶圆进行修边处理，能够防止晶圆崩边碎裂；退火处理能够消除修边工艺带来的内应力影响，降低修边碎片的可能性。

在一示例中，对晶圆进行修边处理以及退火处理包括：

对晶圆进行多次修边或多次阶梯修边处理，每次修边或阶梯修边处理后进行低温退火处理。优选进行多次阶梯修边处理，相较于单次修边处理，多次修边大大降低了崩边几率，能够最大程度防止晶圆碎裂。

在一示例中，为保证工艺稳定性和良率，尽量减小内应力影响，对晶圆进行修边处理以及退火处理具体包括以下步骤：

S031’：对晶圆进行第一次修边，修边宽度为5mm，深度为150um；

S032’：对晶圆进行低温退火工艺，退火温度为500℃，退火时间为30min；

S033’：对晶圆进行第二次修边，修边宽度为3mm，深度为减薄的厚度。

S034’：对晶圆进行低温退火工艺，退火温度为500℃，退火时间为30min。

当然，可将上述修边工艺进行延展，延展为多次修边，且修边深度和厚度也可对应调整。

在一示例中，对载片、晶圆进行键合处理、退火处理后还包括：

对键合片进行减薄处理，以保证后续制备得到的器件的性能。

在一示例中，对键合片进行减薄处理包括：

对键合片进行多次减薄处理。优选地，多次减薄过程中，减薄厚度逐渐降低，即一般第一次减薄处理时减薄厚度最厚，最后一次减薄处理时减薄厚度最薄。当然，相邻几次减薄处理厚度也可相等。相较于单次减薄，多次减薄处理大大降低了碎片风险。

在一示例中，对键合片进行多次减薄处理时还包括：

每次减薄处理后进行一次退火处理，最后一次退火处理前进行抛光处理。每次减薄后进行退火处理，能够消除减薄处理带来的内应力影响，降低减薄碎片的可能性；同时，仅在最后一次减薄工艺后进行抛光制程，防止后续减薄制程中出现烧片风险。

将上述减薄示例进行组合，此时减薄处理包括第一次减薄、第一次退火、第二次减薄、第二次退火、第三次减薄、抛光、第三次退火。其中，每次减薄厚度不超过器件总减薄厚度的1/2，每次磨轮转速以及下降速度呈现阶梯式变化，具体步骤为：

S041’：第一次减薄处理，减薄厚度为总减薄厚度的1/2，磨轮转数为2200 r/min -2500r/min，下降速度从3um/s逐渐变为0.8um/s，呈现阶梯下降趋势，每个研磨阶段研磨量呈现抛物线式下降；

S042’：第一次退火，退火温度为500℃，时间为30min；

S043’：第二次减薄处理，减薄厚度为总减薄厚度的1/3，磨轮转数为2000 r/min-2500r/min，下降速度从3um/s逐渐变为0.8um/s，呈现阶梯下降趋势，每个研磨阶段研磨量呈现抛物线式下降；

S044’：第二次退火，退火温度为500℃，时间为30min；

S045’：第三次减薄厚度为剩余减薄总厚度减去后续抛光总厚度，磨轮转数为2000r/min，下降速度从1um/s逐渐变为0.5um/s，呈现阶梯下降趋势，每个研磨阶段研磨量呈现抛物线式下降；

S036’：对减薄后键合片进行抛光处理，抛光厚度为0.1nm；

S037’：对键合片进行第三次退火，退火温度为500℃，时间为30min。

为保证减薄质量，步骤S031’- S037’中减薄次数可以延伸为4次、5次至N次，N为正整数，减薄厚度可以根据实际情况进行调整。此外，每次减薄后需进行低温退火工艺。同时，为防止后续减薄制程中烧片的风险，仅在最后一次减薄工艺后进行抛光制程，从而保证器件表面在减薄制程中有一定粗糙度。

另外，为保证后续晶圆减薄质量，步骤S031’- S037’中晶圆减薄后总厚度为晶圆厚度加上减薄后载片厚度。

在一示例中，对键合片进行减薄处理时还包括：

对键合片进行多次减薄处理，且相邻两次减薄处理过程中磨轮旋转方向相反，即顺时针转动、逆时针转动交替进行，以抵消晶圆内部结构的残余应力，防止碎片现象的发生。

将上述多次减薄处理的示例进行组合，此时键合片减薄处理包括第一次减薄、第一次退火、第二次减薄、第二次退火、第三次减薄、第三次退火、第四次减薄、抛光、第四次退火。其中，每次减薄厚度不超过器件总减薄厚度的1/2，每次磨轮转速以及下降速度呈现阶梯式变化，具体步骤为：

S041’’：第一次减薄处理，减薄厚度为总减薄厚度的1/3，磨轮转数为2200 r/min-3000r/min，转动方向为顺时针方向，下降速度从5um/s逐渐变为1um/s，呈现阶梯下降趋势，每个研磨阶段研磨量呈现抛物线式下降；

S042’’：第一次退火，退火温度为500℃，时间为30min；

S043’’：第二次减薄处理，减薄厚度为总减薄厚度的1/3，磨轮转数为2200 r/min-3000r/min，转动方向为逆时针方向，下降速度从5um/s逐渐变为1um/s，呈现阶梯下降趋势，每个研磨阶段研磨量呈现抛物线式下降；

S044’’：第二次退火，退火温度为500℃，时间为30min；

S045’’：第三次减薄处理，减薄厚度为总减薄厚度的1/6，磨轮转数为2000r/min，方向为顺时针，下降速度从1um/s逐渐变为0.5um/s，呈现阶梯下降趋势，每个研磨阶段研磨量呈现抛物线式下降；

S046’’：第三次退火，退火温度为500℃，时间为30min；

S047’’：第四次减薄处理，减薄厚度为总减薄厚度的1/6，磨轮转数为2000r/min，方向为逆时针，下降速度从1um/s逐渐变为0.5um/s，呈现阶梯下降趋势，每个研磨阶段研磨量呈现抛物线式下降；

S048’’：对减薄后键合片进行抛光处理，抛光厚度为0.1nm；

S049’’：对键合片进行第四次退火，退火温度为500℃，时间为30min。

为保证减薄质量，步骤S031’’- S039’’中减薄次数可以延伸为6次、8次至2N次，减薄厚度可以根据实际情况进行调整。此外，每次减薄后需进行低温退火工艺。

在一示例中，对键合片进行背面开槽处理前还包括：

在键合片背面沉积开槽标记，本示例在背面制程的工程中引入激光开槽标记，避免在后续开槽过程中的误差导致的开槽位置偏离进而报废晶圆，保证了制备良率。

将上述示例进行组合，得到本发明优选示例，如图2所示，此时晶圆背面激光切割方法包括以下步骤：

S1：如图3所示，对Si载片1进行热氧生长，使Si载片1上形成热氧层3；同时，对SiC晶圆2进行热氧生长，使SiC晶圆2上形成热氧层3；

S2：如图4所示，对Si载片1进行表面划片开槽处理；

S3：如图5所示，对SiC晶圆2进行二次修边以及退火工艺；

S4：如图6所示，对Si载片1和SiC晶圆2进行自动键合工艺和退火工艺；

S5：如图7所示，对键合片进行多次减薄和退火工艺；

S6：如图8所示，对键合片进行背面金属沉积得到金属层4，并进行激光退火；

S7：如图9所示，对键合片背面进行激光开槽标记5沉积；

S8：对键合片进行背面激光开槽；

S9：对键合片进行解键合工艺；

S10：如图10所示，对SiC晶圆2进行贴膜激光划片及裂片工艺。

本发明方法主要包括SiC晶圆二次修边及退火工艺、晶圆、载片自动键合工艺、退火工艺、多次减薄工艺、背面金属沉积工艺、激光退火工艺、激光开槽工艺、解键合工艺以及最后的激光划片工艺。通过上述工艺流程，在保证背面制程以及划片中稳定性的同时，提升了制造良率，大幅度节省制造成本。其次，通过采用激光退火工艺，使SiC晶圆能在退火前进行正面肖特基金属沉积，从而使SiC晶圆在背面制程以及解键合工艺完成后能够直接进行激光划片工艺。最后，由于对衬底Si晶圆进行了表面浅槽工艺处理，使晶圆不仅在键合退火过程中能充分排除水分子，还能在解键合过程中增大热氧二氧化硅与刻蚀液的面积加快晶圆的解键合速度。

本发明还包括一种晶圆，采用上述任一示例或多个示例组合形成的晶圆激光切割方法进行制备得到，便于实现裸芯片的制备。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种晶圆激光切割方法，其特征在于：其包括以下步骤：

对载片和/或晶圆进行热氧生长；

对载片进行划片开槽处理；

对载片、晶圆进行键合处理、退火处理，得到键合片；

对键合片进行背面金属沉积得到金属层，并进行激光退火；

对键合片进行背面开槽处理；

对键合片进行解键合处理；

对晶圆进行正面激光划片处理。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆激光切割方法，其特征在于：所述背面开槽深度为晶圆厚度的1/10-1/5。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆激光切割方法，其特征在于：所述激光划片的厚度为晶圆厚度的3/5-7/10。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆激光切割方法，其特征在于：所述对载片进行划片开槽处理后还包括：

对晶圆进行修边处理以及退火处理。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆激光切割方法，其特征在于：所述对晶圆进行修边处理以及退火处理包括：

6.根据权利要求1所述的一种晶圆激光切割方法，其特征在于：所述对载片、晶圆进行键合处理、退火处理后还包括：

对键合片进行减薄处理。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆激光切割方法，其特征在于：所述对键合片进行减薄处理包括：

8.根据权利要求7所述的一种晶圆激光切割方法，其特征在于：所述对键合片进行多次减薄处理时还包括：

9.根据权利要求1所述的一种晶圆激光切割方法，其特征在于：所述对键合片进行背面开槽处理前还包括：

对键合片背面进行开槽标记沉积。

10.一种晶圆，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的一种晶圆激光切割方法进行制备得到。