一种晶圆切割方法与流程

1.本发明属于半导体芯片技术领域，具体涉及一种晶圆切割方法。


背景技术：

2.传统的晶圆切割是通过线切割的工艺，此工艺比较成熟，缺点是材料损失率高达40％。因此为减少材料的损失，引入了新工艺，通过激光产生改质层，可以大大减少材料的损失，但激光切割过程中产生的较大应力，导致晶圆有碎片的风险。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种晶圆切割工艺，以克服现有技术中存在的不足。
4.为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：
5.本发明提供了一种晶圆切割方法，包括：以至少一个红外激光束照射待切割的晶圆，并在所述晶圆表面形成圆形光斑，且使所述圆形光斑中心处的温度高于边缘处的温度，以及使所述圆形光斑沿弧形轨迹在所述晶圆表面移动，以切割所述晶圆。
6.进一步地，所述圆形光斑中心处的功率为边缘处功率的2～3倍。
7.进一步地，所述红外激光束于所述晶圆表面的入射角为90
°
(和水平方向)。
8.进一步地，所述的晶圆切割方法，具体包括：以一个或多个红外激光束照射所述晶圆，并在所述晶圆表面形成一个或多个圆形光斑，其中相邻圆形光斑的间距为0～10μm。
9.进一步地，所述的晶圆切割方法，具体包括：使所述圆形光斑沿圆形轨迹在所述晶圆表面移动，以切割所述晶圆。
10.更进一步地，所述的晶圆切割方法，具体包括：
11.使所述圆形光斑以所述晶圆表面的第一工作位置为起点，沿第一个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，完成一次扫描；
12.之后使所述圆形光斑沿径向向所述晶圆中心方向移动，直至到达所述晶圆表面的第二工作位置，再使所述圆形光斑以该第二工作位置为起点，沿第二个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，再次完成一次扫描；
13.依此类推，使所述圆形光斑沿径向向所述晶圆中心方向移动，直至到达所述晶圆表面的第n个工作位置，再使所述圆形光斑以该第n个工作位置为起点，沿第n个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，从而完成一次扫描，之后进行晶圆的剥离，其中n≥2。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
15.为改善激光切割过程中产生的碎片风险，本发明通过激光产生温度梯度的方法，减少切割过程中温度的差异来减少应力，从而减少碎片；同时，激光切割的扫描方式采用弧线扫描，这样可以进一步增加温度的均匀性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本技术一实施方式中晶圆切割方法中激光产生的光斑示意图。
18.图2是本技术一实施方式中晶圆切割方法中弧线扫描俯视图的示意图。
19.图3是本技术一实施方式中晶圆切割的立体示意图。
20.图4是本技术一对比例中晶圆切割方法中激光产生的光斑示意图。
21.图5是本技术一对比例中晶圆切割方法中直线扫描俯视图的示意图。
22.附图说明：1.圆形光斑中心处，2.圆形光斑边缘处，3.圆形光斑，4、红外激光束，5、晶圆，6、改质层。
具体实施方式
23.通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
24.鉴于现有技术中激光切割过程中造成的碎片风险，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明实施例的一个方面提供了一种晶圆切割方法，包括：以至少一个红外激光束照射待切割的晶圆，并在所述晶圆表面形成圆形光斑，且使所述圆形光斑中心处的温度高于边缘处的温度，以及使所述圆形光斑沿弧形轨迹在所述晶圆表面移动，以切割所述晶圆。
26.在一些优选实施例中，所述圆形光斑中心处的功率为边缘处功率的2～5倍。
27.在一些优选实施例中，所述红外激光束于所述晶圆表面的入射角为90
°
。
28.在一些优选实施例中，所述的晶圆切割方法，具体包括：以一个或多个红外激光束照射所述晶圆，并在所述晶圆表面形成一个或多个圆形光斑，其中相邻圆形光斑的间距为0～10μm。
29.在一些优选实施例中，所述的晶圆切割方法，具体包括：使所述圆形光斑沿圆形轨迹在所述晶圆表面移动，以切割所述晶圆。
30.在一些优选实施例中，所述的晶圆切割方法，具体包括：
31.使所述圆形光斑以所述晶圆表面的第一工作位置为起点，沿第一个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，完成一次扫描；
32.之后使所述圆形光斑沿径向向所述晶圆中心方向移动，直至到达所述晶圆表面的第二工作位置，再使所述圆形光斑以该第二工作位置为起点，沿第二个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，再次完成一次扫描；
33.依此类推，使所述圆形光斑沿径向向所述晶圆中心方向移动，直至到达所述晶圆表面的第n个工作位置，再使所述圆形光斑以该第n个工作位置为起点，沿第n个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，从而完成一次扫描，之后进行晶圆的剥离，其中n≥2。
34.在一些优选实施例中，所述的晶圆切割方法，具体包括：在完成一次扫描后，将所述红外激光束的功率降低至非工作功率，然后使所述圆形光斑移动到下一个工作位置，之后使所述红外激光束的功率升高到工作功率，开始进行另一次扫描；
35.其中，在所述非工作功率下，所述红外激光束停止切割所述晶圆，在所述工作功率下，所述红外激光束能够切割所述晶圆。
36.在一些优选实施例中，所述的晶圆切割方法，各圆形轨迹与所述晶圆同心设置。
37.在一些优选实施例中，所述第一个圆形轨迹与所述晶圆边缘的间距为0.3mm-0.6mm。
38.在一些优选实施例中，相邻圆形轨迹于所述晶圆径向上的间隔为0.3mm-0.6mm。
39.在一些优选实施例中，在进行扫描时所采用的扫描速率为0.5cm/s-1.5cm/s。
40.在一些优选实施例中，在所述工作功率下，所述红外激光束产生的所述圆形光斑的中心处在所述晶圆的改质层产生的温度为4000-8000℃，边缘处在所述晶圆的改质层产生的温度为1500-4000℃。
41.在一些优选实施例中，在所述红外激光束照射下，所述晶圆内产生的改质层的厚度为1-3μm。
42.本发明实施例通过激光产生温度梯度的方法，减少切割过程中温度的差异来减少应力，从而减少碎片，同时，激光切割的扫描方式采用弧线扫描，这样可以进一步增加温度的均匀性。
43.下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
44.实施例1
45.本实施例的晶圆切割方法，包括如下步骤：
46.s1、取清洗后的晶圆放到激光切割机下面，如图3所示，以一个红外激光束4照射待切割的晶圆5，并在晶圆5表面形成圆形光斑，如图1所示(俯视图)，且圆形光斑中心处1的温度高于圆形光斑边缘处2的温度，即红外激光束4产生的圆形光斑的中心处在晶圆改质层6产生的温度为8000℃，边缘处在晶圆改质层6产生的温度为4000℃；圆形光斑中心处的功率为30w，边缘处的功率为15w，且在红外激光束4照射下，晶圆内产生的改质层6的厚度为3μm。
47.s2、红外激光束于晶圆表面的入射角为90
°
，如图2所示，使圆形光斑以晶圆表面的第一工作位置为起点，沿第一个圆形轨迹在晶圆表面移动一周，以1cm/s的扫描速率完成一次扫描，且第一个圆形轨迹与晶圆边缘的间距为0.5mm。
48.s3、之后使圆形光斑沿径向向晶圆中心方向移动，直至到达晶圆表面的第二工作位置，再使圆形光斑以该第二工作位置为起点，沿第二个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，再次以1cm/s的扫描速率完成一次扫描，且相邻圆形轨迹于晶圆径向上的间隔为0.5mm。
49.s4、依此类推，使圆形光斑沿径向向晶圆中心方向移动，直至到达晶圆表面的第n个工作位置，再使圆形光斑以该第n个工作位置为起点，沿第n个圆形轨迹在所述晶圆表面
移动一周，从而完成一次扫描，各圆形轨迹与晶圆同心设置，之后进行晶圆的剥离，其中n≥2。
50.实施例2
51.本实施例的晶圆切割方法，包括如下步骤：
52.s1、取清洗后的晶圆放到激光切割机下面，如图3所示，以一个红外激光束4照射待切割的晶圆5，并在晶圆5表面形成圆形光斑，如图1所示(俯视图)，且圆形光斑中心处1的温度高于圆形光斑边缘处2的温度，即红外激光束4产生的圆形光斑的中心处在晶圆改质层6产生的温度为6000℃，边缘处在晶圆改质层6产生的温度为3000℃；圆形光斑中心处的功率为25w，边缘处的功率为10w，且在红外激光束4照射下，晶圆内产生的改质层6的厚度为2μm。
53.s2、红外激光束于晶圆表面的入射角为90
°
，如图2所示，使圆形光斑以晶圆表面的第一工作位置为起点，沿第一个圆形轨迹在晶圆表面移动一周，以1cm/s的扫描速率完成一次扫描，且第一个圆形轨迹与晶圆边缘的间距为0.5mm。
54.s3、之后使圆形光斑沿径向向晶圆中心方向移动，直至到达晶圆表面的第二工作位置，再使圆形光斑以该第二工作位置为起点，沿第二个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，再次以1cm/s的扫描速率完成一次扫描，且相邻圆形轨迹于晶圆径向上的间隔为0.5mm。
55.s4、依此类推，使圆形光斑沿径向向晶圆中心方向移动，直至到达晶圆表面的第n个工作位置，再使圆形光斑以该第n个工作位置为起点，沿第n个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，从而完成一次扫描，各圆形轨迹与晶圆同心设置，之后进行晶圆的剥离，其中n≥2。
56.实施例3
57.本实施例的晶圆切割方法，包括如下步骤：
58.s 1、取清洗后的晶圆放到激光切割机下面，如图3所示，以一个红外激光束4照射待切割的晶圆5，并在晶圆5表面形成圆形光斑，如图1所示(俯视图)，且圆形光斑中心处1的温度高于圆形光斑边缘处2的温度，即红外激光束4产生的圆形光斑的中心处在晶圆改质层6产生的温度为4000℃，边缘处在晶圆改质层6产生的温度为1 500℃；圆形光斑中心处的功率为20w，边缘处的功率为5w，且在红外激光束4照射下，晶圆内产生的改质层6的厚度为1μm。
59.s2、红外激光束于晶圆表面的入射角为90
°
，如图2所示，使圆形光斑以晶圆表面的第一工作位置为起点，沿第一个圆形轨迹在晶圆表面移动一周，以1cm/s的扫描速率完成一次扫描，且第一个圆形轨迹与晶圆边缘的间距为0.5mm。
60.s3、之后使圆形光斑沿径向向晶圆中心方向移动，直至到达晶圆表面的第二工作位置，再使圆形光斑以该第二工作位置为起点，沿第二个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，再次以1cm/s的扫描速率完成一次扫描，且相邻圆形轨迹于晶圆径向上的间隔为0.5mm。
61.s4、依此类推，使圆形光斑沿径向向晶圆中心方向移动，直至到达晶圆表面的第n个工作位置，再使圆形光斑以该第n个工作位置为起点，沿第n个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一周，从而完成一次扫描，各圆形轨迹与晶圆同心设置，之后进行晶圆的剥离，其中n≥2。
62.对比例
63.本对比例的晶圆切割方法，包括如下步骤：
64.取清洗后的晶圆放到激光切割机下面，如图3所示，以一个红外激光束4照射待切割的晶圆5，并在晶圆5表面形成圆形光斑，如图4所示(俯视图)，并在晶圆表面形成圆形光斑3，功率为30w，在改质层形成高达8000℃的温度，晶圆内产生的改质层的厚度为3μm。
65.s2、红外激光束于晶圆表面的入射角为90
°
，如图5所示，使圆形光斑3以晶圆表面的第一工作位置为起点，沿第一个直线轨迹在晶圆表面移动一次，以1cm/s的扫描速率完成一次扫描，且第一个直线轨迹与晶圆边缘的间距为0.5mm。
66.s3、之后使圆形光斑沿径向向晶圆另一侧移动，直至到达晶圆表面的第二工作位置，再使圆形光斑3以该第二工作位置为起点，沿第二个直线轨迹在晶圆表面移动一次，再次以1cm/s的扫描速率完成一次扫描，且相邻直线轨迹于晶圆径向上的间隔为0.5mm。
67.s4、依此类推，使圆形光斑沿径向向晶圆另一侧方向移动，直至到达晶圆表面的第n个工作位置，再使圆形光斑以该第n个工作位置为起点，沿第n个圆形轨迹在所述晶圆表面移动一次，之后进行晶圆的剥离，其中n≥2。
68.将实施例1和对比例的晶圆切割方法进行碎片对比(以同一规格的晶圆为例)，对比结果如下表。
69.项目碎片率(％)对比例0.2实施例10.01
70.由上表可以看出，通过本发明的晶圆切割方法，可以有效减少碎片现象。
71.此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
72.尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。