本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料實驗測試的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種復(fù)合結(jié)構(gòu)SiC襯底的隱切實驗測試方法。

背景技術(shù)：

SiC材料具有良好的物理和化學(xué)性能，如化學(xué)性能穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、抗磨損、高強度、高硬度等一系列優(yōu)點，因而在機械電子、復(fù)合材料、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是隨著武器裝備現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，各種先進技術(shù)的不斷發(fā)展，對耐高溫、抗輻照等惡劣環(huán)境工作的高性能電子器件的需求日益迫切，而傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件在高功率、高溫領(lǐng)域已顯現(xiàn)出諸多局限性。因此，以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導(dǎo)體為代表的第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)運而生。寬禁帶半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、擊穿場強高、飽和電子遷移速率高、熱導(dǎo)率高、介電常數(shù)小、抗輻照能力強，以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，器件功率密度是Si、GaAs功率密度的10倍以上，非常適合制備大功率微波器件。采用此類半導(dǎo)體材料制造的器件具有以下獨特的優(yōu)點：工作溫度高、工作溫度范圍寬；工作電壓高、功率密度高、單元功率大；附加效率高；具有極具競爭力的噪聲系數(shù)指標(biāo)；阻抗高，便于寬帶匹配；抗輻照能力強。

但由于SiC晶體結(jié)構(gòu)的特殊性而使其成為公認的典型難加工材料。SiC作為C和Si唯一穩(wěn)定的化合物，其晶格結(jié)構(gòu)由致密排列的兩個亞晶格組成，每個si(或c)原子與周邊包圍的C(si)原子通過定向的強四面體SP3鍵結(jié)合，雖然SiC的四面體鍵很強，但層錯形成能量卻很低，這一特點決定了SiC的多型體現(xiàn)象，每種多型體的C/Si雙原子層的堆垛次序不同。故對其進行激光切割時，如果之間用大功率破壞閾值聚焦在材料內(nèi)部，會導(dǎo)致切割軌跡偏離劃切道。切割剖面傾斜，導(dǎo)致會損傷到器件。近年來，皮秒激光憑借其脈沖持續(xù)時間極短、峰值能 量極高的特點，已在材料加工過程中表現(xiàn)出了一系列獨特的優(yōu)點，不僅為硬脆難加工材料的無損傷高精度加工開辟一條嶄新的途徑，而且也擴大了該類材料在精密及超精密領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。超短脈沖激光微加工技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，尤其是對硬脆難加工類寬帶隙材料的精密處理，而使其成為微結(jié)構(gòu)加工中的研究熱點。利用皮秒激光微加工系統(tǒng)對寬帶隙材料Si C的燒蝕特性進行理論和試驗研究。應(yīng)用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和光學(xué)顯微鏡等檢測技術(shù)對樣品的燒蝕形貌進行檢測，以分析燒蝕區(qū)域的形貌特征及微結(jié)構(gòu)質(zhì)量。整個制作過程中的主要技術(shù)難點在于，克服SiC晶體結(jié)構(gòu)帶來的切割影響，摸索破壞閾值附件功率值大小，摸索激光掃描的次數(shù)，使切割剖面平整并垂直于晶片表面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)SiC襯底的隱切實驗測試方法，采用接近激光破壞閾值的小功率對晶圓進行多次掃描，從而獲得切割剖面平整垂直的SiC襯底芯片。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種復(fù)合結(jié)構(gòu)SiC襯底的隱切實驗測試方法，包括以下步驟：

1)提供一片復(fù)合結(jié)構(gòu)SiC襯底，該襯底的表面已長完GaN層，并能夠后續(xù)做電極形成微波器件；

2)將所述SiC襯底通過完整工藝制做成芯片，形成表面器件圖形，背面有劃切道；

3)將處理后的芯片移至激光劃切機臺內(nèi)部，采用激光隱切的方式對劃切道進行激光掃描切割，掃描方式分為：不同區(qū)域掃描，分別掃描1/2/3/4/5/6次，即對同一片子的不同區(qū)域進行激光掃描，而切割時具體是采用接近激光破壞閾值的小功率，將激光聚光于工件內(nèi)部，設(shè)置不同聚焦點，在工件內(nèi)部形成改質(zhì)層， 改質(zhì)層作為一個裂縫起點，裂縫垂直變長，在芯片前后表面上下延伸；

4)將激光掃描后的芯片進行裂片擴膜，分別取出6個區(qū)域的芯粒，應(yīng)用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和光學(xué)顯微鏡這些檢測設(shè)備對芯片的側(cè)壁形貌進行檢測，以分析激光切割側(cè)壁區(qū)域的形貌特征。

在步驟2)中，將所述SiC襯底制作完整工藝，包括以下步驟：

2.1)將SiC襯底正面進行光刻，制作器件基本圖形，利用電子束蒸發(fā)和PECVD在其正面沉積電極金屬；再通過剝離去膠，制得正面圖形完整的SiC襯底芯片，清洗過后移至鍵合機臺，該鍵合機臺包括上蠟區(qū)、鍵合區(qū)、上下真空區(qū)，將所述SiC襯底芯片正面朝上，背面吸附在上蠟區(qū)；

2.2)將SiC襯底芯片正面涂蠟，所使用的蠟為日化精工的TR2-50482，在溫度110℃時，加熱120s，使蠟層半固態(tài)化，將表面已半固態(tài)化的SiC襯底芯片移至鍵合區(qū)，打開加熱機制，蠟層通過加熱融化，加上鍵合機臺的抽真空作用，使得SiC襯底芯片正面與藍寶石襯底緊緊粘附在一起，避免減薄時由于硬脆材質(zhì)導(dǎo)致破片；將鍵合后的SiC襯底芯片放置減薄機臺內(nèi)部，先用SD800磨輪進行粗磨，至晶圓厚度為120μm，再換至SD3000號磨輪進行精磨，使其表面粗糙度<2nm，減少其砂輪研磨引起的損傷層；

2.3)將減薄后的SiC襯底芯片移至解鍵合機臺，通過機臺加熱，使蠟層熔化，利用機臺的機械平臺吸附住藍寶石襯底，再利用機械手臂左右滑動，分離SiC襯底芯片和藍寶石襯底；

2.4)將分離后的SiC襯底芯片放置清洗機臺，去蠟和清洗表面，甩干后，對芯片背面進行光刻，制作背面劃切道圖形和背面電極圖形，利用磁控濺射在其背面沉積電極金屬和通孔，保證器件正背面電極的完整性，器件性能正常；最終制得的芯片整體厚度為100μm，器件表面敏感，背面劃切道有30μm寬。

在步驟3)中，在芯片移至激光劃切機臺之前，需將芯片放置清洗機臺，依次進行去膠、剝離、甩干處理后，再將芯片貼到藍膜上，移至激光劃切機臺內(nèi)部進行激光掃描切割，該激光劃切機臺所用的激光光源為紅外激光光源，使用聲光調(diào)制鎖模的二極管泵浦激光器產(chǎn)生皮秒脈沖，脈沖寬度極窄，瞬間功率大，而且機臺配備除塵裝置，保證晶圓表面器件不受影響。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

1、由于制得的芯片整體厚度只有100μm，器件表面敏感，背面劃切道只有30μm寬，再加上SiC晶體結(jié)構(gòu)的特殊性，使其切割難度加大；對此，本發(fā)明方法采用了激光隱切的方式，將激光聚光于工件內(nèi)部，設(shè)置不同聚焦點，在工件內(nèi)部形成改質(zhì)層，改質(zhì)層作為一個裂縫起點，裂縫垂直變長，在芯片前后表面上下延伸，從而可以有效抑制加工屑的產(chǎn)生，適用于抗污垢性能差的工件，這樣切割速度提升很多，可以減小劃切道寬度，適合生產(chǎn)型應(yīng)用。

2、根據(jù)不同激光掃描次數(shù)的結(jié)果得出，不同激光掃描次數(shù)得出的剖面不同，激光掃描次數(shù)越多，剖面越平整，材料損傷越小。但激光掃面次數(shù)的增多也導(dǎo)致了時間的加長。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)整激光掃描次數(shù)，激光掃描3次以上的基本可以實現(xiàn)對芯粒表面器件的損傷較小，剖面較垂直，不偏離，掃描6次為最佳。

附圖說明

圖1為芯片表面的激光切割痕跡示意圖。

圖2為激光掃描3次的切割剖面圖。

圖3為激光掃描6次的切割剖面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

本實施例所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)SiC襯底的隱切實驗測試方法，其具體情況如下：

第一步、選用一片已生長完外延結(jié)構(gòu)的SiC襯底，表面外延層為GaN結(jié)構(gòu)，表征等級良好，即在強光下目檢，全片無明顯不良瑕疵，白點，黑點；光學(xué)表面分析儀進行全mapping掃描，均勻性良好；PL全檢判定正常。

第二步、將上述SiC襯底正面進行光刻，制作器件基本圖形，利用電子束蒸發(fā)和PECVD在其正面沉積電極金屬。通過剝離去膠，制得正面圖形完整的SiC襯底芯片，清洗過后移至鍵合機臺。鍵合機臺包括上蠟區(qū)，鍵合區(qū)，上下真空區(qū)，我們將上述SiC襯底芯片正面朝上，背面吸附在上蠟區(qū)。

第三步、將上述SiC襯底芯片正面涂蠟，所使用的蠟為日化精工的TR2-50482，具有良好的粘附性，在溫度110℃時，加熱120s，可使蠟層半固態(tài)化，將表面已半固態(tài)化的襯底移至鍵合區(qū)，打開加熱機制，蠟層通過加熱融化，加上鍵合機臺的抽真空作用，使得SiC襯底晶圓正面與藍寶石襯底緊緊粘附在一起，避免減薄時由于硬脆材質(zhì)導(dǎo)致破片。將鍵合后的SiC襯底芯片放置減薄機臺內(nèi)部，先用SD800磨輪進行粗磨，至晶圓厚度為120μm，再換至SD3000號磨輪進行精磨，使其表面粗糙度<2nm，減少其砂輪研磨引起的損傷層。

第四步、將減薄完的SiC襯底芯片移至解鍵合機臺。通過機臺加熱，使蠟層熔化，利用機臺的機械平臺吸附住藍寶石襯底，再利用機械手臂左右滑動，分離SiC襯底芯片和藍寶石襯底。

第五步、將分離后的芯片放置清洗機臺，去蠟和清洗表面。甩干后，將芯片背面進行光刻，制作背面劃切道圖形和背面電極圖形，利用磁控濺射在其背面沉積電極金屬和通孔，保證器件正背面電極的完整性，器件性能正常。最終制得的芯片整體厚度為100μm，器件表面敏感，背面劃切道有30μm寬。

第六步、將制作完背面電極和劃切道的芯片放置清洗機臺，依次經(jīng)去膠、 剝離、甩干后，再將芯片薄片貼到藍膜上，移至激光劃切機臺內(nèi)部。本實驗所用激光是基于啁啾脈沖放大(Chirped-pulse-amplification,CPA)技術(shù)的紅外皮秒激光系統(tǒng)，其輸出光束的主要技術(shù)參數(shù)為：脈沖寬度τ＝50fs，激光線寬＝1um，波長λ＝800nm，最大單脈沖能量Emax＝2.5m J，光束能量符合高斯分布。應(yīng)用衰減片調(diào)節(jié)入射激光能量，光束經(jīng)聚焦透鏡(焦距65mm)聚焦后垂直照射到放置于三維移動平臺上的芯片樣品表面。調(diào)整光源和劃切速度，制作好劃切程序，正片晶圓材料分6個區(qū)域，每個區(qū)域用激光掃描不同次數(shù)，分別每道劃切道進行1/2/3/4/5/6次激光掃描。激光掃描后的表面如圖1所示。

第七步、將激光掃描后的芯片進行裂片擴膜，分別取出6個區(qū)域的芯粒，再應(yīng)用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和光學(xué)顯微鏡等檢測設(shè)備對芯片的側(cè)壁形貌進行檢測，觀察切割剖面情況。觀察結(jié)果：激光掃描1次的剖面質(zhì)量最差，并且偏離劃切道，損傷到芯粒表面的器件；激光掃面2次的剖面質(zhì)量較差，有明顯損傷層，但未偏離劃切道；激光掃描3次以上的基本可以實現(xiàn)對芯粒表面器件的損傷較小，剖面較垂直，不偏離，掃描6次為最佳。如圖2和圖3所示，圖2、圖3分別是在劃切道上用激光掃描3次和6次的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)圖2切割剖面圖更不平滑，有三層明顯的切割痕跡，圖3剖面和平滑齊整。對于材料而言，我們需要達到圖3的效果，材料損傷較小，切割剖面平整，有利于器件性能不受影響。但是在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，效率很重要，在多次重復(fù)實驗，確定影響器件性能不大的情況下，每個劃切道用激光掃描3次可以大大的提升效率。

以上所述實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。