TWI524405B - 切割晶圓基板之方法 - Google Patents

切割晶圓基板之方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI524405B
TWI524405B TW100121390A TW100121390A TWI524405B TW I524405 B TWI524405 B TW I524405B TW 100121390 A TW100121390 A TW 100121390A TW 100121390 A TW100121390 A TW 100121390A TW I524405 B TWI524405 B TW I524405B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
semiconductor
single crystal
crystal block
laser radiation
semiconductor single
Prior art date
Application number
TW100121390A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201207927A (en
Inventor
羅夫 瓦格納
Original Assignee
歐斯朗奧托半導體股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 歐斯朗奧托半導體股份有限公司 filed Critical 歐斯朗奧托半導體股份有限公司
Publication of TW201207927A publication Critical patent/TW201207927A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI524405B publication Critical patent/TWI524405B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/06—Joining of crystals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/08—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H01L21/2003—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
    • H01L21/2007—Bonding of semiconductor wafers to insulating substrates or to semiconducting substrates using an intermediate insulating layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H01L21/30608—Anisotropic liquid etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H01L21/30612—Etching of AIIIBV compounds
    • H01L21/30617—Anisotropic liquid etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Dicing (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

切割晶圓基板之方法
本發明係一種從半導體單晶塊切割出半導體層的方法。
在半導體科技的製造工作中經常需用到很薄的單晶塊半導體層。例如光電元件(例如發光二極體LED)的製造。例如以薄層法製造LED，這種方法是在載體上沉積出一個半導體薄層，例如在藍寶石玻璃上沉積出半導體薄層。這個薄層通常是半導體材料以磊晶成長的方式形成。以這種方式形成的薄層也稱為磊晶層。例如參考文獻[1]提及的方法均屬於熟習該項技術者熟悉之磊晶成長法。由於這種方法是在具有不同之結構常數的材料上進行成長，因此半導體材料(例如氮化GaN或砷化鎵GaAs)沉積產生的晶體結構的品質會受到一定的限制。例如在成長出的半導體材料內會出現位移或缺陷。因此通常需先在載體上設置一個由磊晶層之半導體材料構成的緩衝層(buffer layer)。但是所成長出的緩衝層通常也不具備均勻的晶體結構。
但是在半導體薄層內製造元件需要缺陷盡可能少的晶體結構。也就是說需要很好的晶體品質。
本發明的目的是提出一種能夠產生具有良好之晶體品質的半導體單晶塊薄層的方法。
採用具有申請專利範圍第1項之特徵的從半導體單晶塊切割出半導體層的方法即可達到上述目的。
申請專利範圍附屬項之內容均為光電元件之進一步修改方式及有利的實施方式。
不同的實施方式的例子
本發明之方法的各種不同的實施方式均具有下列步驟：
--　製作一具有均勻之晶體結構的半導體單晶塊；
--　利用雷射輻射對半導體單晶塊之切割面內的晶體結構進行局部修改，以改變其結構狀態；
--　透過選擇性蝕刻去除經修改的切割面。
有許多不同的方法可以用來製造半導體單晶塊。例如可以從熔融液中以拉伸法製造出半導體單晶塊。接著將半導體單晶塊鋸成單一的圓片(晶圓)，這些晶圓均各自構成一半導體單晶塊。這樣就可以製造出具有良好晶體品質/均勻之晶體結構的半導體單晶塊。這種半導體單晶塊通常是作為進一步加工成半導體元件的基本材料。但是晶圓的厚度通常厚達數百μm。
本發明的一個基本構想是從一片晶圓切割出多個很薄的半導體材料層，然後利用這些半導體材料層製造出晶體結構品質很好的半導體元件。例如可以利用從III-V族半導體材料切割出的薄層製造半導體元件。為此首先需準備一載體，例如藍寶石晶體或其他易於取得的半導體材料(例如矽)。然後將很薄的半導體層設置在載體上。例如可以透過焊接步驟或黏著步驟將該半導體層固定在載體上。以此種方式設置的半導體層是作為製造半導體元件的基本材料，例如透過磊晶成長從一種具有相同或類似之晶格常數的半導體材料形成一半導體結構。這樣做可以在很大程度上避免在磊晶層內出現位移造成的缺陷。這樣就可以成長出晶體結構品質很好的磊晶層。這對於含有III-V族半導體(例如GaAs或GaN及以這兩種材料為主要成分的半導體)的化合物具有特別的優點，因為這些材料不但很難製造，同時以這些材料製成的載體的價格很貴而且不易取得。這些材料尤其適於應用在不連續元件，例如功率半導體元件或光電元件，例如半導體雷射或發光二極體。
從半導體材料切割出薄層的工作是以雷射輻射半導體單晶塊的切割面。透過短時間照射高輻射強度的雷射，可以局部改變晶體結構。使用雷射的目的是將一特定波長的高強度輻射照射到晶體結構內。例如可以透過高強度輻射將半導體材料局部熔化，或是透過其他的程序改變晶體結構。在接下來的冷卻過程會形成一改變過的結構，例如在此結構中半導體材料具有一非晶形狀態、多晶狀態、或是這兩種狀態的混合狀態。
透過雷射輻射使半導體單晶塊在切割面的區域具有一經改變的結構。透過選擇性的蝕刻使半導體單晶塊在經改變之結構的區域受到比晶體結構未改變之區域更大程度的蝕刻。因此半導體單晶塊會在切割面被切開。這樣就可以獲得從半導體單晶塊切割出來的半導體層。該半導體層具有很好的晶體結構品質。此外，透過適當的選擇切割面的位置，可以產生具有所需要之厚度或方向的晶體層。
本發明的一種實施方式是將半導體層與切割面相鄰的表面拋光。這樣做的目的是消除蝕刻過程可能造成的表面不均勻。例如表面經過雷射輻射可能產生一定程度的粗糙度。此外對很薄的切割面進行選擇性蝕刻，也可能導致半導體層的表面凹陷。透過拋光可以使半導體層的表面盡可能的平坦且光滑。例如化學-機械拋光法(CMP)是一種可行的拋光法。
本發明的一種實施方式是使雷射發出的雷射輻射聚焦在半導體單晶塊的正面上，以修改半導體單晶塊。這樣做的優點是可以將雷射造成的影響控制在切割面的區域。這樣就可以調整到適當的數值孔徑或是控制因半導體層的厚度而需進行的蓋玻片修正。
根據本發明的一種實施方式，雷射輻射含有一種皮秒雷射輻射或飛秒雷射輻射。因此可以精準的將如此高的輻射功率導入切割面，以便將晶體結構修改成非晶形或多晶形結構。
本發明的一種實施方式是使雷射輻射以光柵方式聚焦在整個切割面上。這樣就可以對切割面進行連續性的修改，以獲得一連續修改的切割面，也就是使修改過的切割面在待切割之半導體層及剰下的半導體單晶塊之間連續伸展。
本發明的一種實施方式是使雷射輻射透過一數值孔徑大於0.3或最好是大於0.5的光學鏡組聚焦在切割面的區域。透過數值孔徑可共同決定被導入之雷射輻射的聚焦值。透過很高的數值孔徑可以達到有效的聚焦，也就是說可以獲得很小的聚焦半徑(愛里班半徑Airy-Disk-Radius)。這樣在切割面進行的修改就可以在半導體單晶塊內產生一局部性的結構改變。以這種方法切割半導體層能夠將半導體材料的耗損量減少到最低程度。相對於其他已知的方法(例如將半導體單晶塊鋸開)，這種方法對於製程複雜或製程昂貴的半導體材料特別有利。
本發明的一種實施方式是以濕化學法去除經修改的切割面。例如使用一種浸入反應性酸液或鹼液的濕化學法。這會在半導體單晶塊內進行一選擇性的蝕刻，其中反應性酸液或鹼液與經修改的切割面的反應強於與半導體單晶塊之其他部分的反應。對熟習該項技術者而言，適用於各種不同之半導體材料的濕化學法均屬於熟悉之範圍。除了濕化學法之外，當然亦可使用乾化學法或其他適當的蝕刻方法。
本發明的一種實施方式使用的濕化學法包括使用一種潤濕劑。這樣做可以使濕化學法使用的蝕刻溶液更容易進入半導體單晶塊內的狹窄通道，因此經改變過的切割面即使是非常薄也可以將之去除，而不會因為反應時間過長導致半導體單晶塊與濕化學法使用的蝕刻溶液產生不必要的反應。
本發明的一種實施方式是將載體固定在半導體單晶塊的正面上。該載體是一種藍寶石載體、矽基板或其他能夠提高待切割之半導體層的力學穩定性的適當材料。根據一種特別的實施方式，或體是在執行濕蝕刻之前被固定在半導體單晶塊的正面上，因此之後很容易就可以將半導體層取下，並進行進一步的加工。同樣的也可以先將載體固定，然後再進行切割面的修改。在這種情況下，半導體單晶塊可以使用對雷射輻射透明的載體及固定劑。另外一種可行的方式是以雷射輻射半導體單晶塊背對載體的那一個面。通常可以使用焊劑(例如一種鋅合金)或黏著劑(例如一種環氧樹脂)作為固定劑。
以下配合圖式詳細說明從半導體單晶塊切割出半導體層的方法的各種不同的實施例。在以下的圖式中，元件符號的第一個數字代表首度出現該元件的圖式。在所有的圖式中，相同或相同作用的元件及/或特徵均以相同的元件符號標示。
從半導體單晶塊切割出半導體層的方法的第一個實施例
第1a至1d圖顯示從半導體單晶塊切割出半導體層的方法的第一個實施例的步驟。
第一個步驟是製作如第1a顯示的半導體單晶塊100。半導體單晶塊100是一種半導體材料的單晶塊，尤其是一種III-V族半導體材料(例如GaN或GaAs)的單晶塊。如果要製造的是光電元件，則可以使用其他的材料，例如以銦為主要成分的半導體材料。半導體單晶塊100是一半導體圓片(晶圓)。半導體單晶塊100具有一表面102。
如第1b顯示的第二個步驟是在半導體單晶塊100內產生一經修改的切割面104。為此需使半導體單晶塊100接受雷射輻射106的作用。雷射輻射106是透過一適當的光學鏡組108被聚焦在切割面104內的聚焦區域110。聚焦區域110具有一聚焦直徑。聚焦直徑是由所使用之雷射輻射106的波長及所使用之光學鏡組108的數值孔徑決定。雷射輻射106通常是一種皮秒雷射輻射或飛秒雷射輻射。因此透過脈衝波可以將很高的能量密度輸入半導體單晶塊100。聚焦區域110內的晶體結構會受到局部破壞及/或修改。接著經過張弛恢復平衡後，會形成經修改過的半導體材料的結構。例如半導體材料凝固成非晶形相或玻璃狀的相，或是此二種相的混合。例如參考文獻[2]有提及利用飛秒雷射輻射修改藍寶石晶體的晶體結構。
一種有利的方式是所使用的雷射輻射106在穿透半導體材料時不會有很大的損耗。因此最好是選擇對雷射輻射106的波長具有很大的透明性的半導體單晶塊100。將雷射輻射106集中在聚焦區域110上可以達到很大的功率密度。由於非線性效應的關係，集中在聚焦區域110上的雷射輻射至少有一部分會被吸收。聚焦區域110也決定了半導體單晶塊100內晶體結構受破壞的程度。聚焦區域110位於切割面104內，必要時可透過光學鏡組108內的蓋玻片修正雷射輻射106在穿透半導體材料的過程中出現的聚焦誤差。
例如為了修改以GaN為主要成分的半導體單晶塊100，可以使用波長殺360nm至1300nm之間的雷射輻射106。根據一種特別有利的實施方式，雷射輻射106的波長在750nm至1100n間。飛秒雷射輻射的典型脈衝持續時間在10fs至1000fs之間。雷射輻射106的典型脈衝能量在0.1μJ至20μJ之間。透過大於0.3，尤其是大於0.5的數值孔徑及直徑小於10μm，尤其是小於5μm的聚焦區域110，可以達到足以使以GaN為主要成分的半導體單晶塊100破裂的功率密度。聚焦區域110的大小是由光學鏡組108的數值孔徑及雷射輻射106的波長產生的聚焦長度及/或瑞利(Rayleigh length)長度決定。
雷射輻射106是以光柵方式從整個表面102上方進入半導體單晶塊100。為此需將雷射輻射106連同光學鏡組108一起平行於表面102移動(以箭頭112表示)。雷射輻射106掃瞄表面102的方式使半導體單晶塊100在一連續的切割面104上被修改，其中切割面104係與表面102平行。另外一種可能的方式是，雷射輻射106以另外一種適當的方式(例如透過一位置固定的光學鏡組108)掃瞄表面108，或是切割面104係傾斜於表面102。重要的是，聚焦區域110在任何時候都要位於所希望的切割面104內。
一旦在半導體單晶塊100內形成一連續的經修改的切割面104，就可以將經修改過的半導體材料去除。如第1c圖所示，透過對半導體單晶塊100進行的選擇性蝕刻即可達到此目的。例如可以用濕化學法蝕刻半導體單晶塊100，也就是使半導體單晶塊100受到蝕刻溶液的作用。特別是將蝕刻溶液作用在半導體單晶塊100的側面114上。例如將半導體單晶塊100浸泡到一酸浴中，或是以蝕刻溶液噴灑半導體單晶塊100。例如可以將以GaN為主要成分的半導體單晶塊100浸泡到酸液(例如氫氟酸HF)或鹼液(例如氫氧化鈉KOH)中。選擇性蝕刻使切割面104內的經修改過的半導體材料的蝕刻率遠高於半導體單晶塊100之其他部分的半導體材料的蝕刻率。在以上提及的系統中，二者之蝕刻率的比例在1000至10000之間。
一種有利的方式是在選擇性蝕刻的過程中將經修改過的切割面104徹低潤濕。為此蝕刻溶液必須能夠流入切割面104內相應的通道，以及能夠從這些通道被沖洗出來。一種有利的方式是將潤濕劑(例如磺酸或一種氟化表面活性劑)添加到蝕刻溶液中。因為這樣可以降低蝕刻溶液的表面張力，使其可以滲入狹窄的毛細管或通道，因而將經修改過的切割面104徹底潤濕。
透過選擇性蝕刻將半導體單晶塊100在切割面104的區域分開。如第1d圖所示，此時在半導體單晶塊100會形成一道將剩下的半導體本體118與半導體層120分開的分離槽116。因為分離槽116是在半導體本體118及半導體層120之間連續伸展，因此可以沿著法線122的方向將半導體層120取出(例如吸出)。
為法從半導體單晶塊100切割出許多個單一的半導體層，一種特別有利的方式是在半導體本體的表面上設置一個蝕刻層，只有在蝕刻溶液應滲入切割面的邊緣面或半導體本體在邊緣面的區域內沒有被蝕刻層蓋住。這樣就可以避免因為長時間及重複浸泡在蝕刻溶液中造成半導體本體的表面被破壞。
因此這種方法可以製造一或多個很薄的半導體層120。半導體層120可供任意用途使用。此外，可以透過一附加步驟將半導體層120面對分離槽116的那一個面平坦化，例如這個附加步驟可以是化學-機械拋光CMP及/或加熱步驟，以及排除出現在邊緣面上的缺陷處。半導體層120可供不同的應用領域使用。例如可以作為軟性載體。也可以先將前導體層設置在一具力學穩定性的載體上，以作為磊得成長法用的成長基板或磊晶載體之用。一種特別有利的方式是可以用來製造與磊晶層具有相同晶體結構的磊晶載體。這樣就可以在很大程度上避免在磊晶層內出現缺陷處或位移。
以上的方法有許多可能的變化方式。其中一種可能的實施方式是利用雷射輻射修改許多個平行的切割面。這樣就可以在一個蝕刻程序切割出許多個半導體層。一種特別有利的方式是，首先修改位於最深處的切割面，最後再修改位於最上方的切割面，以確保雷射輻射具有盡可能均勻的光程。在這種實施方式中，一種可能的作法是在半導體本體的表面上設置一蝕刻阻擋層，只有在蝕刻溶液應滲入切割面的邊緣面或半導體本體在邊緣面的區域沒有被蝕刻阻擋層蓋住。另外一種實施方式是在切割出一個半導體層後，先將剩下的半導體本體的表面平坦化，然後再以類似的方法切割出另一個半導體層。
從半導體單晶塊切割出半導體層的方法的第一個實施例
以下配合第2a及2b圖說明另外一個有利的實施例。第2a及2b圖顯示從半導體單晶塊100切割出半導體層的方法的步驟。本實施例的步驟基本上和第一個實施例基本上是相同的。本實例如第一個實施例的最大區別是將一支撐載體200固定在半導體單晶塊100上，因此可以更容易的將半導體層120取出。
一種特別有利的方式是先修改過切割面104，然後再設置支撐載體。例如可以透過黏著(例如使用環氧樹脂)、焊接(使用低熔點焊劑，例如錫)、或是以AuSn焊劑形成的低共熔接合，將支撐載體200固定在半導體單晶塊100的正面102上。先修改過切割面104，然後再設置支撐載體200的優點是，在選擇支撐載體200及連接材料時不需考慮特別的光學特性，尤其是不需考慮在雷射輻射之波長範圍的透明性。另外一個優點是不需進行複雜的光學修正，以便將聚焦區域置於切割面104內。另外一種可能性是先設置支撐載體200，然後使雷射輻射穿過半導體單晶塊100的對立面修改切面。
典型的支撐載體200可以是一種藍寶石載體或矽載體，例如矽晶圓。在選擇支撐載體應注意的是，支撐載體200及連接材料都要具有與半導體單晶塊的半導體材料類似的熱膨脹係數。另外要注意的是，在支撐載體200及半導體材料之間的固定要達到盡可能長的使壽命及很高的穩固性。
最後一個考量是應選擇一種對選擇性蝕刻使用之蝕刻溶液具有盡可能大的惰性的材料作為支撐載體200。如第2b圖所示，經過選擇性蝕刻後，切割下來的半導體層120附著在支撐載體200上，而且被所形成的分離槽116與剩下的半導體本體118隔開。沿著表面102的法線方向122從半導體單晶塊100上將支撐載體200取出，即可使半導體層120供進一步加工之用。如前面關於第一個實施例的說明，半導體層120可供任意用途使用。
最後的說明
為了便於說明起見，以上係以若干實施例說明這種從半導體單晶塊切割出半導體層的方法。這些實施例並不受限於特定的特徵組合。即使若干特徵及布置方式僅在一種特別的實施例或個別的實施例中被提及，這些特徵及布置方式也能夠與其他實施例提及的其他特徵結合。同樣的，只要是在一般技術理論可獲得實現的情況下，在各實施例中提及個別特徵或特別的布置方式均可去添加進去。
參考文獻
本文件有引用以下公開發表之文獻的內容：
[1] Nakamura S. und Fasol G.: The blue laser diode: GaN based light emitters and lasers(藍光雷射二極體：以GaN為基的發光體及雷射): Berlin;Springer,1997. 35-77頁；ISBN 3-540-61590-3；及
[2] Wortmann D.,Gottmann J.,brand N. Und Horn-Solle H.,,,Micro-and nonostructures inside sapphire by fs-laser irradiation and select etching,“(經飛秒雷射及選擇性蝕刻在藍寶石內形成的微結構及奈米結構)Opt.Express 16,1517-1522(2008).
100‧‧‧半導體單晶塊
102‧‧‧表面
104‧‧‧切割面
106‧‧‧雷射輻射
108‧‧‧光學鏡組
110‧‧‧聚焦區域
112‧‧‧方向
114‧‧‧側面
116‧‧‧分離槽
118‧‧‧剩下的半導體本體
120‧‧‧半導體層
122‧‧‧法線方向
200‧‧‧載體
第1a至1d圖：從半導體單晶塊切割出半導體層的方法的第一個實施例的步驟。
第2a至2b圖：從半導體單晶塊切割出半導體層的方法的第二個實施例的步驟。
100．．．半導體單晶塊
102．．．表面
104．．．切割面
106．．．雷射輻射
108．．．光學鏡組
110．．．聚焦區域
112．．．方向

Claims (13)

  1. 一種從半導體單晶塊(100)上切割出半導體層(116)的方法，包括以下步驟：-- 製作一具有均勻之晶體結構的半導體單晶塊(100)；-- 利用雷射輻射(106)對半導體單晶塊(100)之切割面(104)內的晶體結構進行局部修改，以改變其結構狀態；-- 透過選擇性蝕刻去除經修改的切割面(104)。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其具有以下步驟：-- 將半導體層與切割面(104)相鄰的表面拋光。
  3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中：使雷射發出的雷射輻射(106)聚焦在半導體單晶塊(100)的正面(102)上，以修改半導體單晶塊。
  4. 如申請專利範圍第3項的方法，其中：雷射輻射含有一種皮秒雷射輻射或飛秒雷射輻射。
  5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中：使雷射輻射以光柵方式聚焦在整個切割面上。
  6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中：使雷射輻射透過一數值孔徑大於0.5或最好是大於0.3的光學鏡組聚焦在切割面的區域。
  7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中：使雷射輻射聚焦在切割面內的一個點狀區域。
  8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中：以濕化學法去除經修改的切割面。
  9. 如申請專利範圍第8項的方法，其中：濕化學包括使用一種潤濕劑。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，具有以下步驟：-- 將載體固定在半導體單晶塊的正面上。
  11. 如申請專利範圍第10項的方法，其中：在選擇性蝕刻的過程中，載體固係定在半導體單晶塊的正面上。
  12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項的方法，其中：半導體單晶塊含有一種III-V族半導體材料。
  13. 如申請專利範圍第12項的方法，其中：該III-V族半導體材料含有氮化鎵。
TW100121390A 2010-06-22 2011-06-20 切割晶圓基板之方法 TWI524405B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010030358.5A DE102010030358B4 (de) 2010-06-22 2010-06-22 Verfahren zum Abtrennen einer Substratscheibe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201207927A TW201207927A (en) 2012-02-16
TWI524405B true TWI524405B (zh) 2016-03-01

Family

ID=44462060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100121390A TWI524405B (zh) 2010-06-22 2011-06-20 切割晶圓基板之方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8796114B2 (zh)
EP (1) EP2521806B1 (zh)
CN (1) CN102947493B (zh)
DE (1) DE102010030358B4 (zh)
TW (1) TWI524405B (zh)
WO (1) WO2011160977A1 (zh)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459691C2 (ru) 2010-11-29 2012-08-27 Юрий Георгиевич Шретер Способ отделения поверхностного слоя полупроводникового кристалла (варианты)
DE102014013107A1 (de) 2013-10-08 2015-04-09 Siltectra Gmbh Neuartiges Waferherstellungsverfahren
DE102014014486A1 (de) * 2013-10-08 2015-04-09 Siltectra Gmbh Neuartiges Waferherstellungsverfahren
US20150158117A1 (en) * 2013-12-05 2015-06-11 David Callejo Muñoz System and method for obtaining laminae made of a material having known optical transparency characteristics
ITAN20130231A1 (it) * 2013-12-05 2015-06-06 Munoz David Callejo Procedimento per ottenere una pluralita' di lamine da un lingotto di materiale con struttura monocristallina
DE102015000449A1 (de) 2015-01-15 2016-07-21 Siltectra Gmbh Festkörperteilung mittels Stoffumwandlung
JP6318900B2 (ja) 2014-06-18 2018-05-09 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子の製造方法
DE102014014422A1 (de) * 2014-09-29 2016-03-31 Siltectra Gmbh Kombiniertes Waferherstellungsverfahren mit einer Löcher aufweisenden Aufnahmeschicht
WO2016083609A2 (de) 2014-11-27 2016-06-02 Siltectra Gmbh Laserbasiertes trennverfahren
JP6396505B2 (ja) 2014-11-27 2018-09-26 シルテクトラ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクター ハフトゥング 物質変化による固体分離
JP6355540B2 (ja) * 2014-12-04 2018-07-11 株式会社ディスコ ウエーハの生成方法
DE102015000451A1 (de) * 2015-01-15 2016-07-21 Siltectra Gmbh Unebener Wafer und Verfahren zum Herstellen eines unebenen Wafers
CN104630899B (zh) * 2015-01-17 2017-09-22 王宏兴 金刚石层的分离方法
EP3250728A1 (de) * 2015-01-28 2017-12-06 Siltectra GmbH Transparenter und hochstabiler displayschutz
JP6472333B2 (ja) * 2015-06-02 2019-02-20 株式会社ディスコ ウエーハの生成方法
JP6472332B2 (ja) * 2015-06-02 2019-02-20 株式会社ディスコ ウエーハの生成方法
JP6562819B2 (ja) * 2015-11-12 2019-08-21 株式会社ディスコ ＳｉＣ基板の分離方法
WO2017126098A1 (ja) * 2016-01-22 2017-07-27 リンテック株式会社 板状部材の分割装置および板状部材の分割方法
DE112018003116T5 (de) * 2017-06-19 2020-03-05 Rohm Co., Ltd. Halbleiterbauelementherstellungsverfahren und struktur mit befestigtem wafer
JP6836191B2 (ja) * 2017-09-11 2021-02-24 豊田合成株式会社 発光素子の製造方法
CN110102882A (zh) * 2018-02-01 2019-08-09 松下电器产业株式会社 切片方法及切片装置
US10940611B2 (en) * 2018-07-26 2021-03-09 Halo Industries, Inc. Incident radiation induced subsurface damage for controlled crack propagation in material cleavage
JP7201367B2 (ja) * 2018-08-29 2023-01-10 株式会社ディスコ ＳｉＣ基板の加工方法
US10576585B1 (en) 2018-12-29 2020-03-03 Cree, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US11024501B2 (en) 2018-12-29 2021-06-01 Cree, Inc. Carrier-assisted method for parting crystalline material along laser damage region
US10562130B1 (en) 2018-12-29 2020-02-18 Cree, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US10611052B1 (en) 2019-05-17 2020-04-07 Cree, Inc. Silicon carbide wafers with relaxed positive bow and related methods
CN110517981A (zh) * 2019-08-29 2019-11-29 上海新傲科技股份有限公司 器件层减薄的方法及衬底的制备方法
CN110508932B (zh) * 2019-09-16 2021-06-18 湘潭大学 飞秒激光湿法刻蚀在氮化镓表面加工微结构阵列的方法
CN111545922B (zh) * 2020-04-08 2022-07-12 山东天岳先进科技股份有限公司 一种碳化硅晶体的加工方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6503321B2 (en) * 1998-02-17 2003-01-07 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Slicing of single-crystal films using ion implantation
JP2006245498A (ja) * 2005-03-07 2006-09-14 Sharp Corp 基板の製造方法およびその装置
US8835802B2 (en) * 2006-01-24 2014-09-16 Stephen C. Baer Cleaving wafers from silicon crystals
DE102007018080B3 (de) * 2007-04-17 2008-06-19 Eisele, Christopher, Dr. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dünnen Scheiben oder Folien aus Halbleiterkörpern
DE102009057566A1 (de) * 2009-12-09 2011-06-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Vorrichtung für ein Laserabhebeverfahren und Laserabhebeverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
TW201207927A (en) 2012-02-16
CN102947493B (zh) 2016-06-22
CN102947493A (zh) 2013-02-27
DE102010030358B4 (de) 2014-05-22
EP2521806A1 (de) 2012-11-14
EP2521806B1 (de) 2019-08-14
DE102010030358A1 (de) 2011-12-22
WO2011160977A1 (de) 2011-12-29
US20130089969A1 (en) 2013-04-11
US8796114B2 (en) 2014-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI524405B (zh) 切割晶圓基板之方法
US11103960B2 (en) Method of separating surface layer of semiconductor crystal using a laser beam perpendicular to the separating plane
US8163582B2 (en) Method for fabricating a light emitting diode chip including etching by a laser beam
US10304739B2 (en) Method for manufacturing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing combined semiconductor substrate, combined semiconductor substrate, and semiconductor-joined substrate
KR101721709B1 (ko) 가공 대상물 절단 방법
US20110287607A1 (en) Method and apparatus for improved wafer singulation
US20130344684A1 (en) Methods and systems for using subsurface laser engraving (ssle) to create one or more wafers from a material
KR20060017771A (ko) 반도체기판, 반도체디바이스, 발광다이오드 및 그 제조방법
KR20120109618A (ko) 결정성막, 디바이스, 및, 결정성막 또는 디바이스의 제조방법
WO2014012322A1 (zh) 倒装焊氮化物发光二极管及其透光衬底和制造方法
JP2024118468A (ja) 半導体素子の製造方法および半導体デバイス
JP2016062956A (ja) 基板及びその製造方法、半導体素子及びその製造方法、並びにレーザ加工装置
US11383328B2 (en) Method for manufacturing peeled substrate
US9452495B1 (en) Laser slicer of crystal ingots and a method of slicing gallium nitride ingots using a laser slicer
US11056389B2 (en) Method of manufacture of group III nitride semiconductor
JP2023126228A (ja) Ｉｉｉ族窒化物単結晶の切断方法
JP2020191335A (ja) 基板分離方法
JP2004235648A (ja) 光電子デバイス用の半導体基板及びその製造方法
JP6509438B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2020119956A (ja) 半導体素子の製造方法および製造装置
JP2009010427A (ja) 発光素子の製造方法
KR19990085532A (ko) 레이저 스크린과 그 제조방법