本發(fā)明涉及碳化硅激光加工，尤其涉及一種碳化硅晶錠激光切割分片的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、碳化硅(sic)作為第三代半導(dǎo)體材料中的熱門功率器件材料，因其高絕緣擊穿場強(qiáng)、高帶隙、高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)如ic或lsi芯片、led等器件的生產(chǎn)制造；而在新能源產(chǎn)業(yè)如電動(dòng)汽車、光伏太陽能領(lǐng)域，碳化硅(sic)材料對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量和效率上的作用也越來越顯著。其中，功率器件或led等通過在碳化硅(sic)材料的晶片上疊加功能層再分割成各種不同芯片而制造完成。

2、用于制作器件的碳化硅(sic)晶片是從圓柱形的晶錠上切割下來的，之后進(jìn)行雙面研磨為鏡面，得到晶片。由于碳化硅晶錠材料價(jià)格昂貴而且晶錠本身硬度較大(莫氏硬度9.2-9.5)，傳統(tǒng)的切割技術(shù)如砂漿線切割和金剛石線切割對(duì)碳化硅晶錠的損耗達(dá)到50％以上，加工過程中存在效率低、材料損耗率高等問題。

3、為了提高碳化硅晶圓的加工效率和降低成本，激光切割技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。

4、sic材料具有較高的光透過率，激光可以透過表面在材料內(nèi)部設(shè)定的位置聚焦。在激光高功率密度的能量作用下，碳化硅(sic)晶錠內(nèi)部聚焦位置的材料性質(zhì)發(fā)生變化，利用激光對(duì)整個(gè)面進(jìn)行加工可形成改質(zhì)層，晶片可以從改質(zhì)層位置進(jìn)行分片剝離。激光具有精度高，效率高，損耗少，污染小等特點(diǎn)，應(yīng)用于晶錠切割時(shí)精準(zhǔn)高效地控制加工位置和尺寸，極大的減少了碳化硅(sic)材料的加工損耗，既降低了成本又提高了效率。

5、目前激光切割技術(shù)在碳化硅晶圓加工中的應(yīng)用還處于發(fā)展階段，技術(shù)不夠成熟，例如，激光直接作用區(qū)域較大時(shí)改質(zhì)層緊密，完成加工整個(gè)幅面耗時(shí)較長，材料損耗大；而激光直接作用區(qū)域較小時(shí)改質(zhì)層疏松，則會(huì)導(dǎo)致分片難度大分片后加工面粗糙度高，后續(xù)精磨損耗大；大尺寸(如6英寸)晶片加工整幅面存在一定高低差，導(dǎo)致切割出的晶片整體厚度不一致。為了進(jìn)一步提高加工效率和良品率，減少損耗，需要優(yōu)化激光切割技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種碳化硅晶錠激光切割分片的方法，以提高激光切割效率和良品率，減少損耗。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案：

3、一種碳化硅晶錠激光切割分片的方法，包括：

4、設(shè)置激光器參數(shù)，將激光光束焦點(diǎn)聚焦在待切割的碳化硅晶錠內(nèi)部的預(yù)設(shè)深度，光斑在預(yù)設(shè)深度的位置生成切割點(diǎn)，所述切割點(diǎn)形成碳化區(qū)，所述碳化區(qū)的周圍形成裂紋區(qū)；

5、設(shè)置激光掃描路徑及參數(shù)，使多個(gè)所述切割點(diǎn)疊加形成切割道，多條所述切割道形成切割面，多個(gè)所述碳化區(qū)形成碳化區(qū)層，多個(gè)所述裂紋區(qū)形成裂紋區(qū)層；

6、以所述碳化區(qū)層為界面，將碳化硅晶錠的一部分剝離，得到碳化硅晶片；

7、對(duì)所述碳化硅晶片進(jìn)行精磨至目標(biāo)粗糙度及目標(biāo)厚度。

8、可以理解地，碳化硅(sic)晶錠一般為圓柱體，圓柱體的上下表面保持平行，激光光束作用的入射面定義為上表面，為拋光面。晶錠依靠定位邊確定晶體晶向。進(jìn)行激光切割時(shí)，激光光束垂直入射透過上表面進(jìn)入晶錠內(nèi)部，聚焦于預(yù)設(shè)深度位置，生成切割點(diǎn)；通過激光光束掃描，由點(diǎn)及線，由線及面，形成聚焦面，該聚焦面與上表面之間的距離即為預(yù)設(shè)深度。

9、其進(jìn)一步地技術(shù)方案為，所述預(yù)設(shè)深度為目標(biāo)晶片厚度與切割余量之和，所述切割余量為10-50μm。

10、位于光斑聚焦點(diǎn)處的碳化硅(sic)在激光高瞬時(shí)功率高能量密度的作用下，分解為c和si，c熔點(diǎn)更高仍處于固態(tài)因此在聚焦點(diǎn)處呈現(xiàn)黑色，形成碳化區(qū)，而si熔點(diǎn)較低在瞬間氣化成si蒸汽撐開內(nèi)部晶體從而產(chǎn)生裂紋；故所述切割點(diǎn)形成碳化區(qū)，所述碳化區(qū)的周圍形成裂紋區(qū)。

11、其進(jìn)一步地技術(shù)方案為，所述激光光源為：脈沖激光或連續(xù)激光，其中，脈沖激光的脈寬為納秒，皮秒或飛秒；激光波長為193nm-10600nm；激光能量為1-1000w，頻率為50-10000khz；光斑直徑為1-150μm。

12、其進(jìn)一步地技術(shù)方案為，所述激光光源為：波長為320nm-1080nm的短脈沖激光，脈寬為皮秒或飛秒；功率為10-500w，頻率為100-3000khz；光斑直徑為1-150μm。

13、不同的波長會(huì)影響激光在晶圓材料中的傳播和聚焦能力。

14、脈沖激光的寬度會(huì)影響光斑疊加的效果，超短脈沖(如皮秒或飛秒級(jí)別)可以減少熱影響區(qū)，提高加工精度。

15、其進(jìn)一步地技術(shù)方案為，激光掃描速度為1-2000mm/s。優(yōu)選的激光掃描速度為50-1800mm/s，更優(yōu)選的激光掃描速度為100-1500mm/s。例如100mm/s、200mm/s、500mm/s、800mm/s、1000mm/s、1200mm/s、1500mm/s。

16、其進(jìn)一步地技術(shù)方案為，相鄰兩條切割道之間的距離為10-1000μm。優(yōu)選的，相鄰兩條切割道之間的距離為50-800μm，更優(yōu)選200-800μm，最優(yōu)選400-800μm。

17、其進(jìn)一步地技術(shù)方案為，所述多個(gè)所述切割點(diǎn)疊加形成切割道，疊加率n滿足公式(1)：

18、n＝d*f/v?(1)

19、其中，d為光斑直徑，f為激光輸出頻率，v為激光掃描速度，n為0-10且n不為0。

20、可以理解地，單位面積上光斑的數(shù)量即為疊加率，根據(jù)激光掃描的運(yùn)動(dòng)軌跡，在預(yù)設(shè)深度層上可呈現(xiàn)出單獨(dú)的切割點(diǎn)或者由多個(gè)切割點(diǎn)疊加形成的切割線。

21、以圓形光斑為例，當(dāng)n＝1時(shí)，光斑沿運(yùn)動(dòng)軌跡呈相切狀態(tài)；當(dāng)0＜n＜1時(shí)，如n＝1/2則相鄰光斑圓心距離為2d，呈現(xiàn)為兩個(gè)光斑中間空出一個(gè)光斑；當(dāng)n＞1時(shí)，如n＝2，則作用區(qū)域?yàn)閮蓚€(gè)光斑疊加效果。疊加率n越大，單位面積上光斑的數(shù)量越多，激光掃描速度越慢加工效率降低。

22、其進(jìn)一步地技術(shù)方案為，所述疊加率n為1-5。

23、本發(fā)明還提供一種碳化硅晶錠激光切割分片的系統(tǒng)，包括：

24、吸附平臺(tái)，用于負(fù)載所述待切割的碳化硅晶錠；

25、激光系統(tǒng)，用于提供激光光束，并將激光光束的焦點(diǎn)聚焦在待切割的碳化硅晶錠內(nèi)部的預(yù)設(shè)深度，光斑在預(yù)設(shè)深度的位置生成切割點(diǎn)，所述切割點(diǎn)形成碳化區(qū)，所述碳化區(qū)的周圍形成裂紋區(qū)；

26、掃描系統(tǒng)，用于控制所述激光光束的焦點(diǎn)在待切割的碳化硅晶錠的預(yù)設(shè)深度層掃描，多個(gè)所述切割點(diǎn)疊加形成切割道，多條所述切割道形成切割面，多個(gè)所述碳化區(qū)形成碳化區(qū)層，多個(gè)所述裂紋區(qū)形成裂紋區(qū)層；

27、分離系統(tǒng)，用于以所述碳化區(qū)層為界面，將碳化硅晶錠的一部分剝離生成碳化硅晶片。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所能達(dá)到的技術(shù)效果包括：

29、本發(fā)明提供的碳化硅晶錠激光切割分片的方法，通過激光加工參數(shù)的設(shè)置，達(dá)到減少材料損耗，完善改質(zhì)層的激光作用區(qū)域以及尺寸間距，使得激光作用后既利于晶片從晶錠上分離加工效率高，又可保證加工后表面粗糙度小損耗少；整幅面加工時(shí)，改質(zhì)層與晶錠表面間距保持一致，加工出的晶片無幅面厚度差異。本發(fā)明的方法能夠顯著提高碳化硅(sic)晶錠切割效率和良品率，降低分片難度，減少材料損耗。

30、本發(fā)明提供的碳化硅晶錠激光切割分片的系統(tǒng)，用于執(zhí)行上述方法，具有加工效率高，材料損耗低的效果。