一种提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法与流程

1.本发明涉及半导体封装技术领域，特别涉及一种提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法。


背景技术：

2.激光打标是利用高能量密度的激光对材料的某一个位置进行局部照射，使其表层材料瞬间熔融甚至气化、或者发生颜色变化的一种化学反应，通过控制激光在材料表面的路径，从而形成所需要的永久性图文标记，是一种非接触式、材料不会变形和产生内应力的标记工艺。
3.碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料，在制造耐高温、抗辐射的高频大功率器件方面具有广阔的应用前景，目前用于功率器件的制造和实际流片的碳化硅晶圆材料有两层，底部是n型导电型的碳化硅衬底，其上有一层碳化硅外延层。为了保证整个封装制程的可追溯性，在功率器件的制造过程中晶圆打标是晶圆封装工艺中重要的一环，即采用激光打标工艺在碳化硅晶圆上制作标识码，标识码的准确性对于后续流片和测试时对晶圆进行管理和追踪、调查工艺问题时追溯晶圆具体序号有着重要的意义。
4.碳化硅晶圆是由碳化硅组成，碳化硅只有固气二相，在常温下，碳化硅为固态，温度升高到2000℃以上后，碳化硅不会经历液态，直接分解为si和c蒸气，如要产生液态必须在1万个大气压的环境下，这就使得激光打标机在对碳化硅材料打标时，碳化硅材料直接气化，而不能像硅材料那样能控制在一个熔融状态，进而导致气化碎屑飞溅在碳化硅晶圆表面上。目前存在的问题是打标完成后，气化的材料随后迅速冷却成固态，附着在晶圆表面，即使及时清洗也无法去除，影响碳化硅晶圆的成品良率。目前现有的解决方法有三种：(1)不对碳化硅晶圆进行激光打标操作，直接采用碳化硅晶圆表面上的碳化硅衬底厂家所标识的衬底号码，在流片之前，人工手动识别，然后将衬底号码一一手动输入流片系统；(2)在碳化硅晶圆表面做软标记(softmark)，通过改变激光器的波长和光学参数，不对碳化硅材料表面气化，而是通过热作用使空气中的氧气与sic材料发生氧化作用生成二氧化硅，从而改变碳化硅晶圆表面的标识码标记的颜色；(3)在激光打标设备上加装吹风装置，在激光打标时，将大部分的气化碎屑吹向晶圆的边缘。
5.上述的第一种方法存在工作量大、衬底号码易混淆、不容易区分的缺点，不利于产品的量产；第二种方法虽然不会像前述的硬标记那样产生气化碎屑，但由于碳化硅材料特性，碳化硅氧化速率比硅材料慢很多，导致激光打标所需时间很长，效率很低；且碳化硅晶圆流片之前为半透明状，二氧化硅的变色反差不明显，需等到后段工艺、晶圆的背面有金属层后，才能看清打标字符，此时激光打标的意义已经大为降低，故此方法对碳化硅晶圆的适用性很低；第三种方法能使激光打标操作良率损失大幅降低，但最终也不能完全克服此影响，还是存在部分的碎屑散落在晶圆表面，影响区域占晶圆总面积的2-6％，即良率损失有2-6％。因此，目前需要研发一种提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中碳化硅晶圆激光打标时气化的材料冷却后附着在晶圆表面，影响碳化硅晶圆成品良率的问题，提供一种提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，通过在碳化硅晶圆上制备保护膜，简单有效地隔离飞溅的气化碎屑散落在晶圆表面上冷却凝固，从而避免了良率损失，提高晶圆产品良率。
7.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
8.一种提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，包括以下步骤：
9.步骤s1，激光打标前，在所述碳化硅晶圆的待打标面制备保护膜；所述保护膜由钨或二氧化硅组成；
10.步骤s2，在所述碳化硅晶圆的待打标面进行激光打标；
11.步骤s3，采用清洗液去除所述保护膜。
12.在本实施例中，在进行激光打标前，先在碳化硅晶圆的待打标面制备保护膜，保护膜将待打标面全部覆盖后保护起来，保护膜由钨或二氧化硅组成，在进行激光打标时，保护膜能承受碳化硅气化碎屑的高温，气化碎屑在冷却后，形成细微的碳化硅颗粒落在保护膜上，而不是直接落在晶圆上；打标完成后，保护膜能采用清洗液简单去除而不损伤碳化硅材料，同时清洗液可以将落在保护膜的碳化硅细微颗粒一起带走，从而避免了良率损失，提高了晶圆的产品良率。
13.作为本发明的优选方案，所述碳化硅晶圆的待打标面为所述碳化硅晶圆正面，所述碳化硅晶圆正面为所述碳化硅晶圆设置有碳化硅外延层的一面。
14.作为本发明的优选方案，所述保护膜通过溅射、蒸镀、物理气相淀积或者化学气相淀积工艺在所述碳化硅晶圆的待打标面制备。通过不同的方法可以制备不同厚度的所述保护膜，在具体实施过程中可以根据所述保护膜材料的不同选择合适的工艺。
15.作为本发明的优选方案，所述保护膜由钨组成时，所述保护膜的厚度为0.2um～0.8um，钨是高熔点金属，熔点3410℃，能承受碳化硅气化碎屑的高温，同时作为金属，合适的厚度才能保证有效地隔离气化碎屑，当金属保护膜的厚度比较薄时，保护膜不能承受碳化硅气化碎屑的高温，保护膜局部位置被破坏，会导致碳化硅细微颗粒落在碳化硅晶圆上，不能达到提高碳化硅晶圆激光打标良率的目的；当所述保护膜的厚度过厚时，不利于步骤s3中的清洗，且使用的保护膜材料多，增加了成本。
16.作为本发明的更优选方案，所述保护膜由钨组成时，所述保护膜的厚度为0.2um～0.8um；更优选地，所述保护膜的厚度为0.4um～0.6um。
17.作为本发明的更优选方案，所述保护膜由钨组成时，所述清洗液为氢氟酸与浓硝酸的混合液，氢氟酸与浓硝酸的比例为1:4，钨能与清洗液反应生产三氧化钨wo3，步骤s3的具体步骤为：常温下将带所述保护膜的所述碳化硅晶圆在氢氟酸和浓硝酸混合液中浸泡10～40min，去除所述保护膜，得到带标识码的所述碳化硅晶圆。
18.作为本发明的优选方案，所述保护膜由二氧化硅组成时，所述保护膜的厚度为1um～4um。二氧化硅的熔点1723℃，同时二氧化硅通过气相沉积很容易就能形成比较厚的厚度，合适的厚度能有效承受气化碎屑的高温。
19.作为本发明的更优选方案，所述保护膜由二氧化硅组成时，所述保护膜的厚度为1um～4um；优选地，所述保护膜的厚度为2um～3um。
20.作为本发明的更优选方案，所述保护膜由二氧化硅组成时，所述清洗液为氢氟酸，步骤s3的具体步骤为：常温下将带所述保护膜的所述碳化硅晶圆在氢氟酸中浸泡20～80min，去除所述保护膜，得到带标识码的所述碳化硅晶圆。二氧化硅置于氢氟酸时，有钻腐蚀特性，很容易将二氧化硅表面凝固的气化碎屑，即碳化硅细微颗粒一起带走，同时去除二氧化硅保护膜。
21.作为本发明的优选方案，所述方法还包括步骤s4，用去离子水清洗所述碳化硅晶圆。所述清洗液均为酸性溶液，在除去所述保护膜后，用去离子水进行清洗，以除去所述碳化硅晶圆上有可能会残留的酸性溶液，防止对后续工序的影响。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果：
23.1、本发明的方法是在进行激光打标前，先在碳化硅晶圆的待打标面制备保护膜，保护膜将待打标面全部覆盖后保护起来，保护膜由钨或二氧化硅组成，在进行激光打标时，保护膜能承受碳化硅气化碎屑的高温，飞溅的气化碎屑在冷却后，形成细微的碳化硅颗粒落在保护膜上，而不是直接落在晶圆上；打标完成后，保护膜能采用清洗液简单去除而不损伤碳化硅材料，同时清洗液能将落在保护膜上的碳化硅细微颗粒一起带走，不影响晶圆质量，从而避免了良率损失，提高了晶圆的产品良率，采用本发明碳化硅晶圆激光打标良率可以达到99％以上。
24.2、本发明的方法流程简单，工艺成本低，生产效率高，适用性较强，适用于碳化硅晶圆的激光打标。
附图说明：
25.图1为本发明提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法的流程示意图；
26.图2为实施例1碳化硅晶圆制备保护膜的截面图；
27.标记：1-碳化硅衬底，2-碳化硅外延层，3-保护膜。
具体实施方式
28.下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
29.实施例1
30.本实施例提供一种提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，如图1所示，包括以下步骤：
31.步骤s1，激光打标前，在所述碳化硅晶圆的待打标面制备保护膜；所述保护膜由钨或二氧化硅组成；如图2所示，碳化硅晶圆有两层，底部是n型导电型的碳化硅衬底1，其上为碳化硅外延层2，碳化硅晶圆的待打标面为碳化硅晶圆正面，碳化硅晶圆正面为碳化硅晶圆设置有碳化硅外延层2的一面，在碳化硅外延层2上制备保护膜3；
32.步骤s2，对所述碳化硅晶圆的待打标面进行激光打标；
33.步骤s3，采用清洗液去除所述保护膜3；
34.步骤s4，用去离子水清洗所述碳化硅晶圆。在除去所述保护膜后，用去离子水对所述碳化硅晶圆进行冲洗，以除去所述碳化硅晶圆上有可能残留的酸性溶液，防止对后续工
序的影响。
35.实施例2
36.本实施例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
37.步骤s1，在激光打标前，采用溅射工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层钨膜；钨膜厚度为0.4um；
38.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
39.步骤s3，采用hf酸和浓hno3混合液浸泡20min去除钨膜，其中hf酸与浓hno3的比例为1:4。
40.将清洗后的碳化硅晶圆在扫描电子显微镜(sem)下进行观察，碳化硅晶圆表面没有任何碳化硅细微颗粒存在，保护膜也已经完全去除。
41.对200pcs碳化硅晶圆采用本实施例方法进行激光打标，良率在99％以上。
42.实施例3
43.本实施例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
44.步骤s1，在激光打标前，采用溅射工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层钨膜；钨膜厚度为0.6um；
45.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
46.步骤s3，采用hf酸和浓hno3混合液浸泡30min去除钨膜，其中hf酸与浓hno3的比例为1:4。
47.将清洗后的碳化硅晶圆进行sem观察，碳化硅晶圆表面没有任何碳化硅细微颗粒存在，保护膜也已经完全去除。
48.实施例4
49.本实施例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
50.步骤s1，在激光打标前，采用溅射工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层钨膜；钨膜厚度为0.2um；
51.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
52.步骤s3，采用hf酸和浓hno3混合液浸泡10min去除钨膜，其中hf酸与浓hno3的比例为1:4。
53.将清洗后的碳化硅晶圆进行sem观察，碳化硅晶圆表面没有碳化硅细微颗粒存在，保护膜也已经完全去除。
54.实施例5
55.本实施例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
56.步骤s1，在激光打标前，采用化学气相沉积工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层二氧化硅膜；二氧化硅膜厚度为2um；
57.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
58.步骤s3，采用hf酸浸泡碳化硅晶圆40min去除二氧化硅膜。
59.将清洗后的碳化硅晶圆进行sem观察，碳化硅晶圆表面没有碳化硅细微颗粒存在，保护膜也已经完全去除。
60.实施例6
61.本实施例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
62.步骤s1，在激光打标前，采用化学气相沉积工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层二氧化硅膜；二氧化硅膜厚度为3um；
63.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
64.步骤s3，采用hf酸浸泡碳化硅晶圆60min去除二氧化硅膜。
65.将清洗后的碳化硅晶圆进行sem观察，碳化硅晶圆表面没有碳化硅细微颗粒存在，保护膜也已经完全去除。
66.实施例7
67.本实施例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
68.步骤s1，在激光打标前，采用化学气相沉积工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层二氧化硅膜；二氧化硅膜厚度为1um；
69.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
70.步骤s3，采用hf酸浸泡碳化硅晶圆20min去除二氧化硅膜。
71.将清洗后的碳化硅晶圆进行sem观察，碳化硅晶圆表面没有碳化硅细微颗粒存在，保护膜也已经完全去除。
72.对比例1
73.本对比例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
74.步骤s1，在激光打标前，采用旋涂在碳化硅晶圆正面涂覆一层光刻胶；光刻胶厚度为2um，；
75.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
76.步骤s3，采用湿法工艺去除光刻胶：在n-甲基吡咯烷(nmp)溶剂中浸泡碳化硅晶圆30min去除光刻胶。
77.在步骤s3清洗后，光刻胶能完全去除，但sem观察碳化硅晶圆表面残留有碳化硅细微颗粒。这说明光刻胶不能承受住碳化硅气化碎屑的高温，不能作为保护膜材料。
78.对比例2
79.本对比例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
80.步骤s1，在激光打标前，在碳化硅晶圆正面均匀旋涂一层pi胶(聚酰亚胺)，此时pi胶厚度为6um；然后在350度的烘箱中静置6小时，固化去掉pi胶中的大部分水份，此时pi胶膜厚度为4um；
81.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
82.步骤s3，采用等离子体刻蚀工艺去除pi胶：将晶圆放置于刻蚀机的反应腔室中，通入氧气，等离子体场将氧气激发到高能状态，将pi胶氧化为气体，被真空泵从反应腔室中吸走。
83.在步骤s3刻蚀后，pi保护膜被完全去除，但sem观察碳化硅晶圆表面有碳化硅细微颗粒。这说明pi胶不能承受住碳化硅气化碎屑的高温，不能作为保护膜材料。
84.对比例3
85.本对比例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
86.步骤s1，在激光打标前，采用光刻胶碳化工艺(晶圆表面旋涂光刻胶，在氩气氛围、800℃的炉管中恒温40min，热转化形成碳膜)在碳化硅晶圆正面制备一层碳膜，碳膜厚度为0.5um；
87.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
88.步骤s3，采用等离子体刻蚀工艺去除碳膜：将晶圆放置于刻蚀机的反应腔室中，通入氧气，等离子体场将氧气激发到高能状态，碳膜氧化为二氧化碳气体，被真空泵从反应腔室中吸走。
89.在步骤s3刻蚀后，碳膜被完全去除，但sem观察碳化硅晶圆表面有碳化硅细微颗粒。这说明碳膜不能承受住碳化硅气化碎屑的高温，不能作为保护膜材料。
90.对比例4
91.本对比例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
92.步骤s1，在激光打标前，采用溅射工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层钨膜；钨膜厚度为0.1um；
93.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
94.步骤s3，采用hf酸、浓hno3混合液浸泡5min去除钨膜，其中hf酸与浓hno3的比例为1:4。
95.在步骤s3清洗后，通过sem观察，碳化硅晶圆表面有碳化硅细微颗粒。这说明钨膜厚度偏薄就无法承受住碳化硅气化碎屑的高温，起不到阻挡作用。
96.对比例5
97.本对比例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
98.步骤s1，在激光打标前，采用溅射工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层钨膜；钨膜厚度为1.0um；
99.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
100.步骤s3，采用hf酸、浓hno3混合液浸泡50min去除钨膜，其中hf酸与浓hno3的比例为1:4。
101.将清洗后的碳化硅晶圆进行sem观察，碳化硅晶圆表面没有碳化硅细微颗粒，保护膜也已经完全去除，但制备的钨膜厚度为1.0um，厚度较厚，采用溅射工艺时间增加，成本增加，后续清洗浸泡的时间也增长，不利于生产效率的提高。因此，保护膜材质是钨时，保护膜的厚度为0.2um～0.8um。
102.对比例6
103.本对比例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
104.步骤s1，在激光打标前，采用化学气相沉积工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层二氧化硅膜；二氧化硅膜厚度为0.5um；
105.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
106.步骤s3，采用hf酸浸泡碳化硅晶圆10min去除二氧化硅膜。
107.在步骤s3清洗后，通过sem观察碳化硅晶圆表面有碳化硅细微颗粒。这说明二氧化硅膜厚度偏薄，就无法承受住碳化硅气化碎屑的高温，起不到阻挡作用。
108.对比例7
109.本对比例提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法包括以下步骤：
110.步骤s1，在激光打标前，采用化学气相沉积工艺在碳化硅晶圆正面溅射一层二氧化硅膜；二氧化硅膜厚度为5um；
111.步骤s2，按照常规激光打标工艺对碳化硅晶圆正面进行激光打标；
112.步骤s3，采用hf酸浸泡碳化硅晶圆100min去除二氧化硅膜。
113.将清洗后的碳化硅晶圆进行sem观察，碳化硅晶圆表面没有碳化硅细微颗粒，保护膜也已经完全去除，但本技术中制备的二氧化硅膜厚度为5um，厚度较厚，采用化学气相沉积工艺时间增加，成本增加，后续清洗浸泡的时间也增长，不利于生产效率的提高。因此，保护膜由二氧化硅组成时，保护膜的厚度为1um～4um。
114.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，激光打标前，在所述碳化硅晶圆的待打标面制备保护膜；所述保护膜由钨或二氧化硅组成；步骤s2，在所述碳化硅晶圆的待打标面进行激光打标；步骤s3，采用清洗液去除所述保护膜。2.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述碳化硅晶圆的待打标面为所述碳化硅晶圆正面。3.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述保护膜通过溅射、蒸镀、物理气相淀积或者化学气相淀积工艺在所述碳化硅晶圆的待打标面制备。4.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述保护膜由钨组成时，所述保护膜的厚度为0.2um～0.8um。5.根据权利要求4所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述保护膜由钨组成时，所述保护膜的厚度为0.4um～0.6um。6.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述保护膜由二氧化硅组成时，所述保护膜的厚度为1um～4um。7.根据权利要求6所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述保护膜由二氧化硅组成时，所述保护膜的厚度为2um～3um。8.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述保护膜由钨组成时，所述清洗液为氢氟酸和浓硝酸的混合液，氢氟酸与浓硝酸的比例为1：4，步骤s3的具体步骤为：常温下将带所述保护膜的所述碳化硅晶圆在氢氟酸和浓硝酸混合液中浸泡10～40min，去除所述保护膜，得到带标识码的所述碳化硅晶圆。9.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述保护膜由二氧化硅组成时，所述清洗液为氢氟酸，步骤s3的具体步骤为：常温下将带所述保护膜的所述碳化硅晶圆在氢氟酸中浸泡20～80min，去除所述保护膜，得到带标识码的所述碳化硅晶圆。10.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤s4，用去离子水清洗所述碳化硅晶圆。

技术总结
本发明公开了一种提高碳化硅晶圆激光打标良率的方法，包括以下步骤：S1，激光打标前，在碳化硅晶圆的待打标面制备保护膜；保护膜由钨或二氧化硅组成；S2，在碳化硅晶圆的待打标面进行激光打标；S3，采用清洗液去除保护膜。本发明的保护膜将待打标面全部覆盖后保护起来，在激光打标时，保护膜能承受碳化硅气化碎屑的高温，飞溅的气化碎屑在冷却后，形成细微的碳化硅颗粒落在保护膜上；打标完成后，保护膜能采用清洗液简单去除而不损伤碳化硅材料，同时清洗液可以将落在保护膜上的碳化硅细微颗粒一起带走，从而不影响晶圆质量，避免了良率损失，提高了晶圆产品的良率，采用本发明的碳化硅晶圆激光打标，良率可以达到99％以上。良率可以达到99％以上。良率可以达到99％以上。


技术研发人员：高建宁 陈晓伦 朱悦常 潘敏智
受保护的技术使用者：乐山无线电股份有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/4