[发明专利]半导体工件的激光图案化方法

说明书

本发明提供一种半导体工件的激光图案化方法，可以单一传递步骤有效且快速的分离形成于一硬脆基板(6)上的半导体元件。该方法基于沿深入一工件(6)的切割轨迹形成断裂；过程中的热应力由至少两个加工(极短脉冲)激光束(7)的传递产生，包含第一及第二脉冲。该第一脉冲用以生成一热累积区，能更有效的吸收该第二脉冲，该第二脉冲产生足够的热梯度以产生机械故障，足以使该工件(6)断裂成片。

技术领域

本发明设计激光材料加工；特别涉及一种用以分离硬脆半导体基板或晶粒的方法及系统。

背景技术

已知晶圆切割在半导体元件的制造中扮演着极为重要的角色，能够使半导体元件的体积更小，且更为复杂。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)基板专门用于新一代高频(HF)通信和高功率(HP)转换器。而由于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)皆为一种非常坚硬的材料，故此种元件的生产须要先进的晶粒加工技术，以使该基板和各功能层(涂层)的各种内外部缺陷的呈现，在晶圆切割(分离)过程中缩到最小。由于初始晶圆或基板涂覆有排列复杂的官能化层与金属电极，且该基板的材料为特别硬质的材料，例如碳化硅(SiC)，故上述加工变的更为困难。由此可知，由于各个官能化层表面通常具有不同物理性质，而与过去的基板不同，故习用的“激光切割”或其他类似的技术已不敷使用，是以，发展出可以提升加工率的方法是极为重要的课题。

于2013年10月8日公开的美国专利案(专利案号为US8551792(B2))揭露了一种切割半导体晶圆的方法。该方法包含沿着多个晶粒隔道划刻至少一电介质层，以去除晶圆一表面上的物质，其中，该电介质层以脉冲宽度为1至1000皮秒(picosecond)的激光进行划刻，且该激光具有一对应于该些脉冲之间且短于该材料的热弛豫时间的重复频率脉冲。而后，该半导体晶圆的金属层及至少部份的基板被切割。

于2003年5月13日公开的美国专利案(专利案号为US6562698(B2))揭露了一种单切半导体晶圆的方法，其步骤包含：将一第一激光束与一第二激光束瞄准该基板的顶面；通过扫描第一激光束并穿透该涂层，以于该涂层上形成多个划刻线；以及通过该第二激光束沿着该些划刻线切割该基板，以形成个别的切口。该设备包含一第一激光束，具有一第一波长，位于该基板涂层的上方，以及一第二激光，具有与该第一波常相异的一第二波长，且同样位于该基板涂层的上方。该涂层具有对应于该第一激光波长的一第一吸收系数，而该半导体基板具有一小于该第一吸收系数的一第二吸收系数。该第一激光束的能量被吸收到涂层以形成的划刻线，而该第二激光束沿着该些划刻线切割该基板。

于2005年4月28日公开的日本专利案(专利案号为JP2005116844(A))揭露了一种制造半导体元件的方法。该发明的目的在于，即使当组成表层的材质与半导体基板的材质不同时，能减少切削工件表层时产生的碎屑。该方法包含以下步骤：通过一第一激光束扫描半导体基板的半导体元件的一划刻线的表面以形成一沟槽，其中该第一激光束汇聚于一划刻线的表面上；以及通过多光子吸收，与将一第二激光束沿第一划刻线汇聚于该半导体基板的内侧，以形成一修饰区。由于一表面沟槽通过该第一激光束形成于该划刻线上，该半导体基板的各独立表面的碎屑或切痕产生可减少，且该半导体基板在形成该修饰区后将容易通过该第二激光束以多光子吸收而被切割。

先前技术的方法有对于基板厚度、材料类型，以及用于晶圆分离的加工质量的限制。为了能针对硬脆的材料做加工，例如附着有多个官能化涂层的碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)，前述的现有技术需要加大功率的激光，或增加通过各该划刻线的激光束；同样地，在某些情况下，必须修改多层的材料层。如此一来，对于半导体元件的性能及产量都将会有帮助。

发明内容