激光剥离工件的方法及晶片、半导体器件与流程

1.本技术属于激光加工技术领域，更具体地说，是涉及一种激光剥离工件的方法及晶片、半导体器件。


背景技术：

2.第三代半导体碳化硅(sic)由于具有禁带宽度宽、临界击穿场强高、热导率大等优越的物理特性，使得其成为制备功率器件及射频器件的理想衬底材料。
3.在sic衬底的制备过程中，通常采用线锯切割的方式将圆柱状sic晶锭切割成sic晶圆薄片，再经过后续的研磨减薄制程以达到特定厚度。另外，在sic器件制备的环节，为了降低器件导通电阻，通常采用机械减薄的方式对sic基底进行减薄处理。然而采用线锯切割的方式或机械减薄的方式均存在材料损耗严重且效率低下等问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种激光剥离工件的方法，降低了材料的浪费，且可有效提高加工效率。
5.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种激光剥离工件的方法，包括：
6.采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面，以在所述工件内部的预设剥离面形成改质点，采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于所述改质点，以在所述改质点处形成改质区以及沿所述预设剥离面的径向方向延伸的裂纹；
7.沿所述预设剥离面将所述工件分割成第一工件单元与第二工件单元。
8.进一步地，所述步骤“采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面，以在所述工件内部的预设剥离面形成改质点，采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于所述改质点，以在所述改质点处形成改质区以及沿所述预设剥离面的径向方向延伸的裂纹”具体包括：
9.激光器交替发出短脉波宽度的脉冲激光和长脉波宽度的脉冲激光，并沿预设扫描路径移动，以在所述剥离面形成若干间隔分布的所述改质点，并在每一所述改质点处形成改质区以及沿所述预设剥离面的径向方向延伸的裂纹。
10.进一步地，所述步骤“采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面，以在所述工件内部的预设剥离面形成改质点，采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于所述改质点，以在所述改质点处形成改质区以及沿所述预设剥离面的径向方向延伸的裂纹”具体包括：
11.第一激光器发出短脉波宽度的脉冲激光，并沿预设扫描路径移动，以在所述剥离面形成若干间隔分布的所述改质点；
12.第二激光器发出长脉波宽度的脉冲激光，并沿预设扫描路径移动，以在每一所述改质点处形成改质区以及沿所述预设剥离面的径向方向延伸的裂纹。
13.进一步地，所述裂纹连接相邻的两个所述改质区。
14.进一步地，所述预设扫描路径包括逐行扫描、网格交织扫描、同心圆扫描或者螺旋线扫描中的任意一种。
15.进一步地，所述短脉波宽度的脉冲激光的脉冲宽度为1fs～500ps，所述长脉波宽度的脉冲激光的脉冲宽度为1ps～500ns。
16.进一步地，所述工件包括两个沿所述预设剥离面的轴向方向分布的表面，步骤“沿所述预设剥离面将所述工件分割成第一工件单元与第二工件单元”具体包括：
17.将所述工件的其中一个表面连接在固体衬底上；
18.沿相反方向拉伸所述固体衬底与所述工件的另一个表面，以将所述工件分割成第一工件单元与第二工件单元；或，
19.将所述工件的两个表面分别连接在两个固体衬底上；
20.沿相反方向分别拉伸两个所述固体衬底，以将所述工件分割成第一工件单元与第二工件单元。
21.进一步地，步骤“沿所述预设剥离面将所述工件分割成第一工件单元与第二工件单元”之后还包括：
22.对所述第一工件单元沿所述预设剥离面分割后形成的第一分割面进行研磨抛光；和/或，
23.对所述第二工件单元沿所述预设剥离面分割后形成的第二分割面进行研磨抛光。
24.本技术还提供了一种晶片，采用如上所述的激光剥离工件的方法从晶锭剥离而成。
25.本技术还提供了一种半导体器件，包括有衬底，所述衬底采用如上所述的激光剥离工件的方法进行减薄。
26.本技术提供的激光剥离工件的方法的有益效果在于：通过先采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面，从而在工件内部的预设剥离面形成改质点，再采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于改质点，当长脉波宽度的脉冲激光的能量传播到改质点所在的位置上时，激光能量会先被改质点吸收掉，从而在改质点处形成改质区，使得长脉波宽度的脉冲激光的能量由于改质区的阻挡无法继续沿着预设剥离面的轴向方向传播，进而会沿着改质区所在的平面的径向方向传播，进而形成沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹，使得工件可以很容易的剥离，且可避免裂纹沿轴向方向延伸导致工件碎裂进而导致产品加工质量低下的问题，且可避免由于采用线锯切割的方式或机械减薄的方式导致材料损耗严重且效率低下等问题。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本技术实施例提供的激光剥离工件的方法的流程示意图；
29.图2为仅采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面的原理图；
30.图3为采用短脉波宽度的脉冲激光进行光斑整形或者采用多脉冲聚焦于工件内部的预设剥离面的原理图；
31.图4为仅采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面的原理图；
32.图5为采用短脉波宽度的脉冲激光与长脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面的原理图；
33.图6为图5中的脉冲激光图；
34.图7为其中一个实施例中的预设扫描路径的示意图；
35.图8为另一个实施例中的预设扫描路径的示意图；
36.图9为预设扫描路径为同心圆扫描的示意图；
37.图10为预设扫描路径为螺旋线扫描的示意图；
38.图11为本技术的第一实施例中的晶锭的结构示意图；
39.图12为本技术的第一实施例中的晶锭的其中一个表面与固体衬底连接固定的结构示意图；
40.图13为本技术的第一实施例中的晶锭沿预设剥离面分割成剩余晶锭与晶片的结构示意图；
41.图14为本技术的第一实施例中的剩余晶锭与晶片研磨抛光后的结构示意图；
42.图15为本技术的第二实施例中的半导体器件的结构示意图；
43.图16为本技术的第二实施例中的衬底具有器件的一面与固体衬底连接固定的结构示意图；
44.图17为本技术的第二实施例中的衬底分割成剩余衬底与带器件的衬底的结构示意图；
45.图18为本技术的第二实施例中的带器件的衬底与剩余衬底研磨抛光后的结构示意图。
46.其中，图中各附图标记：
47.101、工件；102、第一点状痕迹；103、第二点状痕迹；104、第三点状痕迹；1041、沿预设剥离面的轴向方向延伸的裂纹；105、改质区；1051、沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹；201、预设扫描路径；300、脉冲激光；400、晶锭；401、剩余晶锭；4011、第二分割面；402、晶片；4021、第一分割面；500、固体衬底；600、衬底；610、剩余衬底；611、第二分割面；620、带器件的衬底；621、第一分割面；700、器件。
具体实施方式
48.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
49.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
50.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
52.请参阅图1，现对本技术提供的激光剥离工件的方法进行说明。本技术提供了一种激光剥离工件的方法，包括步骤s100、s200。
53.s100、采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面，以在工件内部的预设剥离面形成改质点，采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于改质点，以在改质点处形成改质区以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹。
54.其中，步骤s100中，短脉波宽度的脉冲激光的脉冲宽度可以为1fs～500ps，长脉波宽度的脉冲激光的脉冲宽度可以为1ps～500ns。
55.工件可以为碳化硅、蓝宝石等材质。
56.如图2所示，如果仅采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件101内部的预设剥离面时，会在预设剥离面形成第一点状痕迹102，第一点状痕迹102构成改质层，当沿着预设剥离面进行剥离时，其难以将工件101剥离。如图3所示，若将短脉波宽度的脉冲激光进行光斑整形或者采用多脉冲，其虽然可以将点状痕迹变成更大面积的第二点状痕迹103，然而其依然难以将工件101剥离。如图4所示，若仅采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面时，会在预设剥离面上形成第三点状痕迹104以及沿预设剥离面的轴向方向延伸的裂纹1041，其容易导致工件101碎裂，进而使得剥离质量低下。
57.如图5及图6所示，本技术通过先采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件101内部的预设剥离面，从而在工件内部的预设剥离面形成改质点，再采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于改质点，当长脉波宽度的脉冲激光的能量传播到改质点所在的位置上时，激光能量会先被改质点吸收掉，从而在改质点处形成改质区105，使得长脉波宽度的脉冲激光的能量由于改质区105的阻挡无法继续沿着预设剥离面的轴向方向传播，进而会沿着改质区105所在的平面的径向方向传播，进而形成沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹1051，使得工件可以很容易的剥离，且可避免裂纹沿轴向方向延伸导致工件碎裂进而导致产品加工质量低下的问题。
58.可以理解的是，如图5所示，“沿预设剥离面的径向方向”指的是图中的x轴方向，“沿预设剥离面的轴向方向”指的是图中的y轴方向。其中，脉冲激光沿预设剥离面的轴向方向入射。
59.s200、沿预设剥离面将工件分割成第一工件单元与第二工件单元。
60.本技术提供的激光剥离工件的方法，本技术通过先采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面，从而在工件内部的预设剥离面形成改质点，再采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于改质点，当长脉波宽度的脉冲激光的能量传播到改质点所在的位置上时，激光能量会先被改质点吸收掉，从而在改质点处形成改质区，使得长脉波宽度的脉冲激光的能量由于改质区的阻挡无法继续沿着预设剥离面的轴向方向传播，进而会沿着改质区所在的平面的径向方向传播，进而形成沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹，使得工件可
以很容易的剥离，且可避免裂纹沿轴向方向延伸导致工件碎裂进而导致产品加工质量低下的问题，且可避免由于采用线锯切割的方式或机械减薄的方式导致材料损耗严重且效率低下等问题。
61.在本技术的其中一个实施例中，步骤s100“采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面，以在工件内部的预设剥离面形成改质点，采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于改质点，以在改质点处形成改质区以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹”具体可以包括步骤：
62.激光器交替发出短脉波宽度的脉冲激光和长脉波宽度的脉冲激光，并沿预设扫描路径移动，以在剥离面形成若干间隔分布的改质点，并在每一改质点处形成改质区以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹。
63.其中，在加工前，先将短脉波宽度的脉冲激光和长脉波宽度的脉冲激光以预设间隔时间交替进行混合，其可提高加工的精确度，降低加工难度。
64.当然，在本技术的另一实施例中，步骤s100“采用短脉波宽度的脉冲激光聚焦于工件内部的预设剥离面，以在工件内部的预设剥离面形成改质点，采用长脉波宽度的脉冲激光聚焦于改质点，以在改质点处形成改质区以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹”具体可以包括步骤s110、s120。
65.s110、第一激光器发出短脉波宽度的脉冲激光，并沿预设扫描路径移动，以在剥离面形成若干间隔分布的改质点。
66.s120、第二激光器发出长脉波宽度的脉冲激光，并沿预设扫描路径移动，以在每一改质点处形成改质区以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹。
67.即在该实施例中，也可以采用第一激光器先在剥离面形成若干间隔分布的改质点，再采用第二激光器在每一改质点处形成改质区以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹的做法，其同样可以实现在改质点处形成改质区以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹。
68.请参阅图5，裂纹1051连接相邻的两个改质区105。通过裂纹1051将相邻的两个改质区105连接，从而可实现轻松地将工件进行剥离。
69.请参阅图7，在本技术的其中一个实施例中，预设扫描路径201可以包括逐行扫描，通过逐行扫描可以使得改质区与裂纹可以布满预设剥离面。当然，该预设扫描路径的设置方式并不局限于此，例如，如图8所示，在本技术的另一实施例中，预设扫描路径可以包括网格交织扫描，其可使得工件更容易剥离。在本技术的又一实施例中，预设扫描路径还可以包括如图9所示的同心圆扫描或者如图10所示的螺旋线扫描，通过采用同心圆扫描或者螺旋线扫描，其可有效提高激光加工效率。
70.工件包可以包括两个沿预设剥离面的轴向方向分布的表面，在本技术的其中一个实施例中，步骤s200“沿预设剥离面将工件分割成第一工件单元与第二工件单元”具体可以包括s210、s220。
71.s210、将工件的其中一个表面连接在固体衬底上。
72.其中，通过固体衬底，可起到保护工件的作用，避免工件在剥离的过程中碎裂。具体的，工件的其中一个表面到预设剥离面的距离小于工件另一个表面到预设剥离面的距离，即优选将工件较薄的一侧用固体衬底进行保护，当然，也可以不使用固体衬底。
73.具体的，工件可以通过粘胶或者真空吸附的方式固定在固体衬底上。
74.s220、沿相反方向拉伸固体衬底与工件的另一个表面，以将工件分割成第一工件单元与第二工件单元。
75.通过沿相反方向拉伸固体衬底与工件的另一个表面，可将工件分割成第一工件单元与第二工件单元，进而实现工件的剥离。
76.当然，在本技术的另一实施例中，步骤s200具体可以包括s230、s240。
77.s230、将工件的两个表面分别连接在两个固体衬底上。
78.步骤s230中，通过将工件的两个表面均连接在两个固体衬底上，可实现对工件的两侧进行保护，进一步提高工件的质量。
79.s240、沿相反方向分别拉伸两个固体衬底，以将工件分割成第一工件单元与第二工件单元。
80.在本技术的其中一个实施例中，步骤s200“沿预设剥离面将工件分割成第一工件单元与第二工件单元”之后还可以包括步骤s300。
81.步骤s300、对第一工件单元沿预设剥离面分割后形成的第一分割面进行研磨抛光。
82.步骤s300中，通过对第一分割面进行研磨抛光，可以获得光滑的表面。
83.当然，该步骤s300的设置方式并不局限于此，例如，在本技术的另一实施例中，步骤s300、对第二工件单元沿预设剥离面分割后形成的第二分割面进行研磨抛光。
84.步骤s300中，通过对第二分割面进行研磨抛光，可以获得光滑的表面。
85.当然，在本技术的又一实施例中，步骤s300还可以包括：对第一工件单元沿预设剥离面分割后形成的第一分割面进行研磨抛光，对第二工件单元沿预设剥离面分割后形成的第二分割面进行研磨抛光。
86.实施例1
87.请参阅图11至图14，本技术的第一实施例为激光剥离工件的方法应用于从晶锭剥离出晶片。
88.具体的，包括以下步骤：
89.s10、激光器交替发出短脉波宽度的脉冲激光和长脉波宽度的脉冲激光300，并沿预设扫描路径移动，以在晶锭400的预设剥离面形成若干间隔分布的改质点，并在每一改质点处形成改质区105以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹1051。
90.s20、将晶锭400的其中一个表面与固体衬底500连接固定，其中，晶锭400的其中一个表面与预设剥离面之间的距离小于晶锭的另一个表面与预设剥离面之间的距离。
91.s30、沿相反方向分别拉伸固体衬底500以及晶锭的另一个表面，使得晶锭沿预设剥离面分割成剩余晶锭401与晶片402。
92.s40、将晶片402与固体衬底500分离。
93.s50、将晶片402沿预设剥离面分割后形成的第一分割面4021进行研磨抛光，将剩余晶锭沿预设剥离面分割后形成的第二分割面进行研磨抛光。
94.重复上述步骤s10～s50，直至将晶锭400全部加工成单独的晶片402。
95.实施例2
96.请参阅图15至图18，本技术的第二实施例为激光剥离工件的方法应用于从半导体
器件的衬底的减薄。
97.具体的，包括以下步骤：
98.s10、激光器交替发出短脉波宽度的脉冲激光和长脉波宽度的脉冲激光300，并沿预设扫描路径移动，以在衬底600的预设剥离面形成若干间隔分布的改质点，并在每一改质点处形成改质区105以及沿预设剥离面的径向方向延伸的裂纹1051。
99.s20、将衬底600具有器件700的一面用胶体包覆并与其中一个固体衬底500连接固定，将衬底600另一面与另一个固体衬底500连接固定。
100.s30、沿相反方向分别拉伸两个固体衬底500，使得衬底600沿预设剥离面分割成剩余衬底610与带器件的衬底620。
101.s40、将带器件的衬底620与固体衬底500分离，并将剩余衬底610与固体衬底500分离。
102.s50、将带器件的衬底620沿预设剥离面分割后形成的第一分割面621进行研磨抛光，将剩余衬底610沿预设剥离面分割后形成的第二分割面611进行研磨抛光。
103.其中，研磨抛光后的剩余衬底610可重复利用。
104.本技术提供了一种晶片，采用上述任意实施例中的激光剥离工件的方法从晶锭剥离而成。
105.本技术的晶片由于采用上述任意实施例中的激光剥离工件的方法从晶锭剥离而成，故具有上述任意实施例中的激光剥离工件的方法所带来的有益效果，在此不再赘述。
106.本技术还提供了一种半导体器件，包括有衬底，衬底采用上述任意实施例中的激光剥离工件的方法进行减薄。
107.本技术的半导体器件，衬底由于采用上述任意实施例中的激光剥离工件的方法进行减薄，故具有上述任意实施例中的激光剥离工件的方法所带来的有益效果，在此不再赘述。
108.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。