TWI229902B - Method for cutting semiconductor wafer using laser scribing process - Google Patents

Description

1229902 ------------ 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域： 本發明係有關於一種半導體晶圓之切割方法，特別是 有關於一種·能夠去除半導體晶圓實施一雷射切割製程時所 產生之污染物之半導體晶圓之切割方法。 先前技術： 對於那 一半導 有鑽石 )。上 割裝置 刀片之 面，上 運動以 定深度 統的使 或破裂 個精確 述晝線 半導體 一些熟悉 體層形成 尖端或畫 述切割機 ，其可旋 寬度還寬 述晝線器 形成一具 之裝置’ 用上述切 可能會發 之切割製 器之切割 晶片之切 習知技術的人而 於其上之晶圓成 線器（s c r i b e r ) 是一包括一具有 轉可以切掉上述 廣之寬度之溝槽 是一用來藉由該 有一非常窄寬度 一鑽石尖端係貼 割機之切割方法 生在上述晶圓之 程是無法確保的 晶圓方法係廣泛 割程序。 言，一傳統的切 為一晶片單元係 之切割機（d i c 鑽石尖端之盤狀 晶圓或形成一相 在上述晶圓之上 晝線器之尖端之 之切割線與一晶 附到該畫線器之 有一個缺點，也 切割表面上，並 。基於這個理由 地被利用來作為 割一具有 利用一具 ing saw 刀片之切 對於上述 。另一方 來回線性 圓上之預 尖端。傳 就是碎裂 且因此一 ，利用上 一製造一 然而’利用上述畫線器之切割晶圓 次也利用了上述鑽 $ 8頁 1229902 五、發明說明（2) 尖戈而之一機械運動。纟士 量的汙染物。此外，、、，於切割曰曰圓的過程中產生了大 *於上述畫線器的機之未預期的剝落物可能 上述問題嚴重地影继 半導體晶圓之切卹^庆—獒供給藍光發光二極體之製造之 之一半導體芦是i?。一般而言，上述藍光發光二極體 導俨物所疋由—氮化鎵基底（GaN-based)化合物半 錄 j見化叙、氮鎵銦化合物（InGaN )、氮鋁 稣化石物(G a A1 N )箄，张游# 达7 w上 寺所形成。為了形成一如此之半導 二日。日·，一籃寶石（sapphire )底材主要被用來作 :=了圓之用。上述藍寶石（sapphire )底材之晶體是 ”上述氮化鎵基底（GaN —base(J)化合物半導體層大大地 $同的。結果，上述氮化鎵基底（GaN —based )化合物半 v體層可以很谷易地脫落上述藍寶石（sapphire)底材。 再者’上述藍寶石（sapphire)底材與氮化鎵基底 (GaN-based)化合物半導體層具有一莫氏硬度（Mohs hardness)大約為9，其指示了一個非常高的硬度。由於 這個理由，只要使用了具有鑽石尖端或晝線器就需要花更 多的時間來切割上述半導體晶圓。一般在如此的切割程序 中所需之時間大約是整個製造所需時間的百分之七十（7 〇 °/〇 ) ° 為了解決上述的問題，而提出一個傳統的氮化鎵基底 (GaN-based )半導體晶圓之切割方法，它揭露於日本的 第9頁 1229902

未審查之專利申請第H5-3 1 5646號中。上述傳統方法係利 用一切割機與晝線器來切割上述固體的氮化鎵基底 (GaN-based)半導體晶圓。 圖一為根據一傳統之一半導體晶圓之切割方法之一氮化録 基底（GaN-based)化合物半導體晶圓之截面圖。如圖— 所示，一藍寶石（sapphire)底材1具有一氮化鎵基底 (GaN-based )半導體層3形成於其上表面。利用一切割機 (未圖示），一溝槽4透過上述氮化鎵基底（GaN_based) 半導體層3而形成於藍寶石（sapphire )底材1之上表面， 然後’一切割線5形成於具有上述溝槽4形成於其上之藍寶 石（sapphire )底材1之上表面。結果，得到圖一所示之 半導體晶圓。 根據傳統之方法，上述溝槽4初步地係利用上述切割機來 形成以降低上述切割時間，並且利用上述切割線而不會損 壞到上述氮化鎵基底（GaN-based)半導體層3之晶體，使 得上述半導體晶圓被分離為一複數個晶片。 雖然上述藍寶石（sapphire)底材或氮化鎵基底 (GaN-based )半導體層係利用前述的傳統方法來切割， 然而，因為上述藍寶石（sapphire)底材或氮化鎵基底 (GaN-based )半導體層是強的與堅固的，因此仍然需要 花費許多的時間來切割。此外，上述半導體層之晶體可能 第10頁 1229902 五、發明說明（4) 由於上述半導體晶圓被機器切割而產生損害。 =J幾’，利用一雷射光束之切割方法已經被提出 》、上述之問·題。在利用雷射光束之例子中，一切割線可 很容易地形成在上述半導體晶圓之上，使得上述處理時 有效地降低而且對於上述半導體層之損壞也是降低的。二 而，當使用上述雷射光束所產生之上述切割線會產生大= 的粉末。上述粉末污染了上述半導㈣， = 於-下面之製程中構成一元件…二所示。…層將 由於形成㈣線之過財所產生之上述半導物 I能破壞了上述二極體之發光特性，《其是在由上述= 銥基底（GaN-based)化合物半導體所構成之 極 之例子中。 版 結果’^可避免地要增加_防止上述半導 清潔程序’只要利用-雷射光束來實施就會增加一 序的步驟。此外，處理效率也降低了。 刀。j耘 發明内容： 因此，鑒於上述所提之問題而提出本發 明之目的在於提供—種切割半導體晶圓之x ; 以很容易地利用一雷射光束來^ 4方法可 1229902 五、發明說明（5) ^ 基底（GaN-based)化合物半導髀 τ子粒層之藍寶石（sapphl re )晶圓，並且可以很容易地本w1 _ 匆也去除切割線的形成過程中所產 生之污染物，例如粉末或污點。 根據本發明，上述所提與其它目的都可以藉由一種依一具 有特疋大小之晶片單7C來切割具有一半導體層形成於其 上表面之半導體晶圓之方法之提供來完成，上述方法，包 括以下之步驟··磨除（lapping )上述晶圓之下表面以使 得該晶圓具有一特定厚度；然後，掃描一雷射光束於上述 晶圓之下表面以於該晶圓之下表面形成一切割線，上述晶 片即由該切割線來定義；接著，研磨（p〇lishing )具有 上述切割線形成於其上之上述晶圓之下表面；最後，沿著 上述切割線分離上述晶圓成為一複數個晶片。 在一較佳實施例之中’研磨（ρ ο 1 i s h i n g )步驟包括去除 當上述切割線形成於上述晶圓下表面時所產生之污染物。 較佳情形下，上述晶圓在上述研磨（p〇1 ishing )步驟中 所去除之厚度是比該切割線的深度小。 較佳情形下，形成於上述晶圓上之半導體層可以是一氮化 鎵基底（GaN-based)化合物半導體層，而上述晶圓可以 疋一藍寶石（sapphire)底材。因此，本發明在切割一具 有高硬度之半導體晶圓的例子中具有一個很大的優點。

第12頁 1229902 五 發明說明（6) =了提升對於本發明之完整了解，一普通的半導體晶圓切 j方法將被描述。一般而言，上述磨除（lapping)與研 厂（P〇 1 1 sh 1 ng )步驟是用來加到上述半導體晶圓切割方 法中，以降.低上述晶圓的厚度與降低上述晶圓底面的表面 粗糙程度。 透過上述磨除（lapping )步驟使得上述晶圓的厚度大大 地降低了。結果，利用下一個步驟所形成的切割線來切割 上述晶圓的過程可以有效率的被實施。上述磨除 ° B曰 (lapping )步驟可以利用一個包含具有硬度比上述晶圓 更面之粒子之稀釋溶液，即研漿磨損上述晶圓的下表面， 來貫施。藉由上述磨除（1 app i ng )步驟所得到之上述 圓的表面是比所期待的表面粗糙度來的粗糙。 因此，上述研磨（p〇lish ing )步驟可以接下來實施以使 付攸上述磨除（lapping)步驟所得到之上述晶圓的下表 面具有較佳的表面粗糙度。 又 本發明之特徵在於利用一雷射切割步驟來提高上述方法之 效率，並且在切割步驟之前依序實施上述磨除Γ · V 1 app 1 ng )與研磨（polishing)之步驟以適當地控制而有效率地 去除在切割步驟中所產生之污染物。 > … 實施方法： 第13頁 1229902

實施例將 目前，本發明之較佳 被描述。 以附加的參考圖式 而詳細的 圖二a至圖三e分別 法來切割一半導體 下，上述半導體晶 中來描述。 顯不為根據本發明之 晶圓之方法之相繼的 圓之切割順序將詳細 利用一雷射切割方 步驟之截面圖。以 地於圖三a至圖三e 百先’預備 圓11 ，如圖 限於半導體 與堅固的半 法與傳統的 例如 根據 割一提供給 化合物半導 合物半導體 一具有_一半導體層形成於其上表面之半導體晶 三a所示。雖然，半導體晶圓之切割方法是不 層1 3與晶圓11之類型，但是在用來切割相當強 導，層與晶圓之例子中，半導體晶圓之切割方 半導體晶圓之切割方法比較是非常有效率的。 ^發明之半導體晶圓之切割方法特別利用來切 藍光發光二極體之氮化鎵基底（GaN-based) 體層’也就是一氮化鎵基底（GaN-based)化 層與一藍寶石（sapphire)晶圓。 4A ^ 示’上述晶圓11之下表面被磨除以去除具有如圖三a所 ^ I之厚度11之一部份的晶圓。結果，磨除後圖三b之晶圓 I厚度比圖三a之晶圓11厚度來得小，以致於上述半導體 曰曰圓更容易切割。上述磨除（lapping )步驟可以利用一 個包含具高硬度粒子之稀釋溶液來實施以磨損上述晶圓下

第14頁 1229902_ 五、發明說明（8) 上述晶圓下表面 表面。在上述磨除（lapping)步驟中 的表面粗糙程度可以降到某種程度。 再者，一雷射光束掃瞄在上述已磨除晶圓11 I之下表面以 形成一切割線1 5，藉由該切割線上述半導體晶圓可以被分 離為一個個晶片單元，如圖三c所示。上述切割線1 5以一 晶格圖案形成於已磨除晶圓1 1 I之下表面，並且定義了上 述晶片一特定的大小。如此，上述切割線1 5形成於具有一 細微的寬度與一特定深度D1之已磨除晶圓1 1 I之下表面。 結果，於下一步驟中，當一瞬間外力施加在上述已磨除晶 圓1 1 I時，上述已磨除晶圓1 1 I可以成容易地被分離為一複 數個晶片。 上述切割過程係利用一具有一鑽石尖端貼附到其尖端上之 晝線器（s c r i b e r)來實施，其係透過線性地往復運動而 形成傳統技術中之切割線。另一方面，本發明中上述切割 步驟可以利用一雷射光束而容易地在甚至具有高硬度之晶 圓，例如藍寶石（sapph i r e)底材，之切割線上來實施。 接著，研磨上述具有切割線形成於其上之已研磨晶圓1 1 I 之下表面。圖三d顯示了上述已研磨晶圓1 1 I I，其下表面 已被研磨。上述研磨步驟進一步降低了上述已研磨晶圓 1111下表面之表面粗糙度，並且如圖三c所示之具有厚度 t 2之部分晶圓在上述研磨步驟中被去除。較佳的情形下，

第15頁 五、發明說明（9) 在上述研磨步驟中被去除之厚度t2是小於 不之切割步驟之切割線15之 。一c所 切割结1 ^L3 ^ \ 、，、口果，具有深度D2之 口J線15邊在上迷已研磨晶圓η„之上 上述研磨步驟Φ县Ρ、左芏U 4 ，、Τ冰度在 地減：疋…迷已研磨晶圓111之厚度成比例 :例：：上切割線之深度D1大約是100微米（um (⑽）。上述晶圓之下表面是不超過80微米 除步驟中之某種程度。* f面粗&度是降低到上述磨 除之厚度是80微米（UJ:可研磨步驟中被去 述晶是⑼微米㈤時上 為晶片單元。自㈣由接下來步驟中之-外力而區分 在傳統的技術中，上述研磨牛 實施，就處理的情形而古以在磨除步驟之後接著 類似的。另一方面而步驟是與上述研磨步驟 後形ώ的、， 。上述切割線是在上述磨除步驟之 晶圓之下表面接著被研磨L有上述切割線形成於其上之 如上所述’根據本發明，、+、 步驟々A 从田’月上述切割步驟係實施於上述研磨 ς驟之後1果，於上述雷射切割步驟所產生之大量的粉 末（dust)與由於上述粉末而形成於上述晶圓之表面上之 1229902 五、發明說明（10) _ =S二點（spots)不需要-額外的清潔步驟就可以右 效地去除，如圖三C所示。換句話說，根據本發以有 上述半導體晶圓之方法減少了 一切割 :，述污·染物例如是由切割步驟步 與由於上述粉末而形成之上述污點（spots)。礼st) =田圖三㈣得到之上述半導體晶圓藉由一固定㈣ 到上述半導體晶圓而沿著上述切割線1 51分離Λ曰 片早兀20。上述沿著上述切割線15l分灕半導體 為曰曰 數個晶片20之步驟可以由一方式來實施，該方為：後 半導體晶圓經過滾筒（r〇llers)之間時藉由一驅動= 述 上述半導體晶圓分離為晶片單元。 將 如上所述，根據本發明之切割上述半導體晶圓之方 了 一個去除污染物之清潔步驟，上述污染物例如是由切二 步驟所產生之粉末（dust )與由於上述粉末而形成之上二 污點（spots )。也就是說，上述研磨步驟之實施是在上〔 述切割步驟之後而不是在磨除步驟實施之後，以致於在十 割步驟中所產生之上述污染物在上述研磨步驟中被去除^ 根據本發明之上述半導體晶圓之切割方法是適合被利用來 製造一藍光發光二極體。一般而言，一氮化鎵基底 (GaN-based)化合物半導體層與一用來提供上述之半導 體層之形成而具有一莫氏硬度（Mohs hardness)為9之誌 1229902 五、發明說明（11) ' % M(fapp!^re) s日圓，廷意味著上述氮化鎵基底 Π β非=1):合物半導體層與藍寶石（S卿hi_re)晶 ,,.· 丞於乂個理由，削除或裂開 上二。?raCking )可能發生在上述晶圓之切割表 上’或者尚要一些時間來切割上述半導體晶圓。 與上述的傳統技術比較，根墟太 iT) ί,Ι ^ ^ J 根據本發明之上述半導體晶圓之 ^ I，,,寺徵在於上述晶圓之厚度在磨除步驟中的到適 而:Γ線之形成係利用雷射光束，然後-研磨 Γ:?Γί二 低了全部的製程時間，減低了-個在 ΐ ϋ ίΓ 生之上述污染物之額外的清潔步 驟而付到整個晶圓表面之清潔。 據本發明之一實施在半導體晶圓上之切割上 述.導體日日圓之後一半導體晶圓之表面狀態圖。 如圖四所示，上述半導體晶圓是一氮化 (GaN-based)4匕合物半導 , 土- 物牛V體阳®，根據本發明之上述半 導體阳圓之切割方法’上述研磨步驟係、在上述切割步驟實 =:後。⑼圖四中可以看到，與根據傳統技術所得到之晶 二^面比較起來’根據本發明所得到之上是非 常乾淨無污點的。 在這個例子中，上述磨除與研磨步驟是依序於上述切割步

第18頁 1229902 五、發明說明（12) ' ----—--- 驟之實施以前，一上述切割步驟時產生了一大量粉 且因此會有污點（spots)形成於上述晶圓之表面，如圖’ =所示。上述污染物例如粉末或污點可能對於 個不良.的影響。尤其是，如果上述半導體晶圓是“ 給個發$ 一極體，上述發光二極體之發光亮度會因 為污點留在已完成之晶片上面而降低。 根據本發明之上述半導體晶圓之切割方法具有一項優點在 於上述污染物，例如是由切割步驟所產生之粉末（dust) 與由於上述粉末而形成之上述污點（sp〇ts)，可以有效 率地在研磨步驟中被去除而不需要一個額外的步驟。 從上面所述顯然地，本發明提供了一個半導體晶圓之切割 方法，其中上述切割步驟之實施是在上述磨除步驟之後而 在研磨步驟實施之前，結果有效地透過上述之研磨步驟而 去除在切割步驟中所產生之上述污染物，例如是由切割步 驟所產生之粉末（dust )與由於上述粉末而形成之上述污 點（spots)。再者，甚至一具有高硬度之氮化鎵基底 (GaN-based )化合物半導體晶圓可以藉由上述磨除步驟

以降低上述晶圓之厚度與藉由一雷射光束所實施之切割步 驟而有效地被切割。 蚵热心❿視从议娶者，本發明雖以一較佳實例闡明如上， 然其並非用以限定本發明精神。在不脫離本發明之精神與

1229902 五、發明說明（13) 範圍内所作之修改與類似的安排，均應包含在下述之申請 專利範圍内，這樣的範圍應該與覆蓋在所有修改與類似結 構的最寬廣的詮釋一致。因此，闡明如上的本發明一較佳 實例，可用.來鑑別不脫離本發明之精神與範圍内所作之各 種改變。

第20頁 1229902 圖式簡單說明 將可輕易的了解 …藉由以下詳細之描述結合所附圖示 上述内容及此項發明之諸多優點，其中·· 圖一為根據一傳統之_本道脚曰Γ5Ί k + V體日日Η之切割方法之一氮化鎵 基底（GaN-based)化合物半導體晶圓之截面圖。 Ϊ :Ϊ不為一實施普通之雷射切割半導體晶圓過程之後-半導體晶圓之表面狀態圖。 二至圖三e分別顯示為根據本發明之利 ”半導體晶圓之方法之相繼的步驟之截面圖刀:】方 圖四颍不為根據本發明之一實施在半導體晶圓上之切 述半導體晶圓之後一半導體晶圓之表面狀態圖。， 圖示符號對照表： 藍寶石（sapphire)底材1 氮化鎵基底（GaN-based)半導體層3 溝槽4 切割線5、15、151 晶圓 1 1、1 I1、1 I11 半導體層13 晶片2 0 第21頁

Claims (1)

1229902 六、申請專利範圍 ·· 1 · 一種依一具有一特定大小之晶片單元來切割具有一半導 體層形成於其上表面之半導體晶圓之方法，包括以下之步 驟·· 磨除（lapping )該晶圓之下表面以使得該晶圓具有一特 定厚度； 掃描一雷射光束於該晶圓之下表面以於該晶圓之下表面形 成一切割線’该晶片即由該切割線來定義； 研磨（polishing)具有該切割線形成於其上之該晶圓之 下表面，以及 沿者该切割線分離該晶圓成為一複數個晶片。 2 ·如申請專利範圍第1項之依一具有一切割大小之晶片單 元來切割具有一半導體層形成於其上表面之半導體晶圓之 方法，其中該研磨（polishing )步驟包括去除當該切割 線形成於該晶圓下表面時所產生之污染物。 3·如申請專利範圍第！項之依一具有一切割大小之 7L來切割具有一半導體層形成於其上表面之半導體曰 方法’其中該晶圓在該研磨（polishing)步驟中B曰去7 之厚度是比該切割線的深度小。 &

4: t申請專利範m之依—具有一切割大小之晶片單 兀來切割具有一半導體層形成於其上表面之半導/早 方法，其中形成於該晶圓上之該半導體層包括一氮：：

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