一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法與流程

本發明涉及半導體制造技術領域，特別是涉及一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法。

背景技術：

目前，無論是消費電子產品、電動車(ev)或家用電器，工程師正面對更加嚴格的要求，必須提升電源轉換效能、提高功率密度水準、延長電池使用時間以及加快開關速度。這一切皆意味著電子產業將會變得越來越依賴于新型的功率半導體，采用不再以硅(si)為基礎的制程技術。隨著容量可能達到前所未有的性能基準，氮化鎵(gan)正成為一項新興的制程技術，影響電力電子系統設計的未來發展。在任何電源系統設計中，某種程度的電源轉換損耗是肯定的，但由于寬頻間隙，gan明顯比硅表現出更低的損耗，這也意味著更好的電源轉換效能。因為gan晶圓片可比等效的硅晶圓片更小，使用此技術的元件可被置于尺寸更小的封裝規格中。由于其高流動性，gan在用于要求快速開關的電路中效能極高。而且，提高的開關速度也有助于節省空間，因為電源電路所含被動元件可以更少，配套的磁性元件中使用的線圈可以更小。此外，gan提供的更高的電源轉換效能意味著更少的散熱量，縮小了需要分配給熱管理的空間。由于gan具有一些和硅有所區別的關鍵功能，令它特別適合功率應用。

目前主流的自支撐氮化鎵晶圓片的制造工藝是采用氣相鹵素外延(hvpe)制造的，在生產過程中，氮化鎵晶圓片的邊緣存在較大的位錯以及結構缺陷，一般而言，在進行表面處理之前，需要對自支撐氮化鎵晶圓片的邊緣進行切割從而規整晶圓片形狀，去除結構缺陷部分。傳統的氮化鎵晶圓片邊緣處理方式是采用磨輪或者刀具進行機械磨削，并且需要特殊夾具對氮化鎵進行固定。這種進行機械磨削的方式耗時長、成本高且效率低。

切邊和切槽是標記晶圓片的晶面的一種方法，其代表晶面取向。一般而言，8英寸以下的晶圓片采用切邊標記5(如圖1所示)，8英寸及8英寸以上的晶圓片采用切槽標記6(如圖2所示)。現有技術中對于硅材料而言，其進行切邊和切槽處理是在晶棒上進行磨削和切割，主要工具是金剛石刀具和磨具，但是這對于外延生長的晶體并不使用，尤其是對硬脆質材料，在切割過程中，容易造成產品碎裂，并且刀具的磨損也遠遠高于硅材料加工的損耗。

技術實現要素：

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，用于解決現有技術中處理氮化鎵晶圓片邊緣時耗時長、成本高且效率低等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，所述處理方法為采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理。

作為本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理的步驟包括：

s1，在待處理的氮化鎵晶圓片邊緣設置預切割圖形，然后將所述氮化鎵晶圓片置于激光工作臺上，調整所述氮化鎵晶圓的位置，確定所述氮化鎵晶圓表面與激光束垂直，所述氮化鎵晶圓片中心點與所述激光工作平臺中心點重合；

s2，將所述激光束聚焦于所述預切割圖形位置進行切割，從而完成全切和切邊或者切槽處理。

作為本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，所述步驟s2中，在進行切割的同時使用保護性氣體對切割位置進行同軸吹掃。

本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，所述保護性氣體為氮氣或者氬氣、氖氣、氦氣惰性氣體中的一種或多種的混合氣體。

本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，進行所述步驟s2之后，還包括對邊緣切割面進行清洗的步驟。

本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，采用光纖激光器激發的激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理。

本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，所述激光的焦距位于所述氮化鎵晶圓片邊緣位置的表面至底面之間。

本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，所述激光束的光斑直徑不超過100微米，激光器基模參數m²小于1.8，所述激光束的脈沖頻率不超過1000hz，所述激光束的脈沖能量不低于0.1w，所述激光束掃描速度不低于2mm/s。

本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為20～400℃。

本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理方法的一種優化的方案，所述氮化鎵晶圓片邊緣切割厚度超過300微米。

如上所述，本發明的氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，具有以下有益效果：

本發明采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切(full-cut)和切邊或者切槽處理。通過高能量激光對氮化鎵晶圓片進行燒蝕去除邊緣部分，具有耗時短，耗材少，維護成本低，效率高，適用于對各種尺寸氮化鎵晶體進行邊緣處理。

附圖說明

圖1為晶圓片上切邊標記示意圖。

圖2為晶圓片上切槽標記示意圖。

圖3為本發明氮化鎵晶圓片邊緣處理的系統結構示意圖。

圖4為本發明另一種氮化鎵晶圓片邊緣處理的系統結構示意圖。

元件標號說明

1光纖激光器

2激光束

3工作平臺

4氮化鎵晶圓片

5切邊標記

6切槽標記

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。

從晶錠制作成為晶圓片，具體包括晶面標記(切邊或者切槽)，切割，邊緣切割，邊緣研磨，倒角處理，研磨拋光，編碼標記，清洗等步驟。目前，硅晶圓片的生產是最為成熟和成功的，在其制造過程中，主要采用金剛石刀具或者機械磨削等方式進行邊緣切割。另外，藍寶石作為一種硬脆質材料，其采用拉伸法制造出晶棒，然后采用滾棒的處理方式進行形狀的處理，再采用機械切割的方式切割成片，因此，切割成片后的晶圓片邊緣已經是規則且質量好的，因此不需要進行邊緣切割去除。但是對于氮化鎵這種硬脆質化合物材料，主是利用外延工藝生長獲得的晶圓片，其邊緣結構缺陷較多，形狀不規整，因此需要將邊緣部分去除。如果采用接觸式的機械加工方式進行氮化鎵晶圓片邊緣切割處理，其損傷和風險是較大的。有鑒于此，本發明提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，可以降低氮化鎵晶圓片碎片風險，且處理效率高。

本實施方式提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，所述處理方法為采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理。

作為示例，本實施方式采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理的步驟包括：

s1，如圖3所示，在待處理的氮化鎵晶圓片4邊緣設置預切割圖形，然后將所述氮化鎵晶圓片4置于激光工作臺3上，調整所述氮化鎵晶圓4的位置，確定所述氮化鎵晶圓4表面與激光束2垂直，所述氮化鎵晶圓片4的中心點與所述激光工作平臺3的中心點重合。

所述預切割圖形主要是用來確定切割位置，其圖形形狀不限，主要是根據氮化鎵晶圓片邊緣上結構缺陷的位置來定，所設置的預切割圖形只要能將邊緣結構缺陷與中間質量好的晶圓片分開即可。

由于采用激光切割為非接觸式切割，因此不需要設計專門的夾具對所述氮化鎵晶圓片進行夾持。

本步驟中，進行全切時(即一次將所述氮化鎵晶圓片切穿)，需要在所述預切割圖形區域的下方留出一定的空間，防止激光損壞工作平臺。另外，激光工作平臺的面積為切割后晶圓片面積的75％至90％。作為其中的一種實施方式，可以在所述工作平臺3表面設置一溝槽，該溝槽位于氮化鎵晶圓片4的下方，此時，氮化鎵晶圓片4的邊緣仍在工作平臺1上，如圖3所示。這樣，切割后的氮化鎵廢棄物被氣體直接吹掃掉落在激光工作平臺一側的收集裝置中，不會污染工作平臺，對后續的晶圓片切割沒有影響。

在另一實施方式中，沒有在工作平臺3上設置溝槽，而是直接將氮化鎵晶圓片4的邊緣懸空于工作平臺3外，如圖4所示，這樣，切割后的氮化鎵廢棄物直接在平臺上的收集裝置中，這種實施方式無需進行氣體吹掃。

s2，將激光束2聚焦于所述預切割圖形位置進行切割，從而完成全切和切邊或者切槽處理。。

本步驟中，優選采用光纖激光器1激發的激光對所述氮化鎵晶圓片4邊緣進行全切和切邊或者切槽處理。對于光纖激光器，其輸出穩定，工作年限長，目前光纖激光器的使用時間可以超過5年，另外，光纖激光器操作簡單，維護成本低，光纖激光器可以提供各種頻率，脈沖激光能量，適用性強。再者，光纖激光器的激光波長大于氮化鎵禁帶寬度，激光作用于氮化鎵晶體主要以熱燒蝕為主。同時，在高功率要求下，光纖激光器的光束直徑小，激光質量高。更優地，采用雙包層有源光纖的高功率光纖激光器，信號激光在小直徑的圓對稱波導結構的纖芯中產生和傳播，從而可以獲得極小直徑的高質量激光束，切割質量更好。

本實施例通過光纖激光束對氮化鎵晶圓片進行邊緣切割，可以極大提高加工效率，減少碎片風險，并且加工方便可控。

為了對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行更加快速有效地切割，所述激光束的焦距位于所述氮化鎵晶圓片邊緣位置的表面至底面之間。優選地，所述激光束的焦距位于所述氮化鎵晶圓片邊緣位置的中心點至底面位置。最優地，所述激光束焦距位于所述氮化鎵晶圓片邊緣位置表面至底面的中心位置。

作為示例，所述激光束的光斑直徑不超過100微米，所述激光束的脈沖頻率不超過1000hz，所述激光束的平均脈沖功率不低于0.1w，所述激光束掃描速度不低于2mm/s。優選地，所述激光束的光斑直徑不超過75微米，所述激光束的脈沖頻率不超過700hz，所述激光束的平均脈沖功率不低于0.15w，所述激光束掃描速度不低于2.5mm/s。更優地，所述激光束的光斑直徑不超過50微米，所述激光束的脈沖頻率不超過900hz，所述激光束的平均脈沖功率不低于0.2w，所述激光束掃描速度不低于5mm/s。最優地，本實施例中，所述激光束的光斑直徑為50微米，所述激光束的脈沖頻率為400hz，所述激光束的平均脈沖功率0.25w，所述激光束掃描速度為10mm/s。

激光器基模(tem00模)是激光器橫電磁模式的一種，即光束截面中任意一點光強不為零，也就是高斯模式。本發明中所述激光器基模參數指的是m²參數，m²＝π*bbp/λ，其中λ為激光波長，bbp為焦點半徑與遠場發散角的乘積。m²來的數值可以表征激光質量，相同波長下，數值越小，激光束質量越好。

優選地，本發明所使用的激光器的基模參數(m²)小于1.8，更選地，激光器基模參數小于1.5，最優地，激光器基模參數小于1.2。本實施例中，所述激光器基模參數為1.3。

作為示例，采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為20～400℃。在這個溫度范圍內，可以有效將所述氮化鎵晶圓片的邊緣切除以及進行切邊或切槽標記。優選地，采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為50-300℃；更優地，采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為100-250℃；最優地，采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為100-150℃。本實施例中，采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切和切邊或者切槽處理的工作溫度為25℃。

本步驟中，優選地，在進行切割的同時需要使用保護性氣體對切割位置進行同軸吹掃。所述同軸吹掃是指保護性氣體的吹除方向與激光束方向相同，其中心點處于同一軸線上。一方面，使用同軸的保護性氣體可以保護激光頭(lasernozzle)，使激光頭免于切割時所生成的物質的污染和破壞，另外，保護性氣體也對切割道中的切割生成物質進行吹掃，減少生成物質對切割效果的影響。所述保護性氣體可以是氮氣，也可以是或者氬氣、氖氣、氦氣惰性氣體中的一種或多種的混合氣體，在此不限。本實施例中，所述保護性氣體選擇為氮氣，氮氣的化學性質不活潑，儲存簡單，價格低廉。在其他實施例中，若要求更好的表面特性，可以選擇氬氣，氖氣，氦氣或者其混合氣體進行吹掃。

并且，在本實施方式中，進行氮化鎵晶圓片的切割之后，還包括對邊緣切割面進行清洗的步驟。優選采用化學清洗方式對邊緣切割面進行清洗。由于氮化鎵吸收激光后會發生分解，成為金屬鎵和氮氣，采用化學溶液對切割處理后的氮化鎵晶圓片進行清洗，金屬鎵可以和化學溶液反應，采用化學溶液可以去除氮化鎵晶圓片被激光分解出的金屬鎵，從而實現對氮化鎵晶圓片切割面的清洗。化學溶液的濃度高低將直接影響氮化鎵晶圓片的清洗時間，濃度越高，清洗效率越高。在本實施方式中，化學溶液可以為酸性溶液或堿性溶液，酸性溶液可以采用稀鹽酸或稀硫酸，堿性溶液可以采用氫氧化鉀溶液。當然，在其他的實施方式中，也可以采用其他化學溶液，只要能夠實現對氮化鎵晶圓片的切割面進行清洗即可。

具體的，可以先采用氯化氫清洗，去除表面殘留的金屬鎵和其他雜質；然后采用氫氧化鉀清洗；最后用去離子水清洗，并用氮氣輔助甩干。

通過本發明提供的激光束，可以達到切割厚度超過1000微米的量級，而一般的氮化鎵晶圓片為300至650微米，因此，完全可以一次性將氮化鎵晶圓片邊緣切割掉，獲得規則且結構完美的氮化鎵晶圓片。

綜上所述，本發明提供一種氮化鎵晶圓片邊緣處理方法，所述處理方法主要采用激光對所述氮化鎵晶圓片邊緣進行全切(full-cut)和切邊或者切槽處理。通過高能量激光對氮化鎵晶圓片進行燒蝕去除邊緣部分，具有耗時短，耗材少，維護成本低，效率高，適用于對各種氮化鎵晶體進行邊緣處理。

所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。