【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料加工，尤其涉及一种提高激光减薄半导体材料效率的方法及装置。
技术介绍
1、碳化硅作为第三代半导体的代表，不仅具有比第二代半导体更高的击穿阈值、更大的禁带宽度，同时具有较高的热导率和抗辐射能力，在电子信息、航空航天以及新能源汽车等领域有着大量的应用。但是碳化硅具有高硬度、易碎的特性，这为其加工带来了巨大的挑战。传统接触式多线切割方法存在着损耗大、效率低的问题。随着碳化硅加工技术的发展，激光改质、剥离碳化硅的技术得到了人们的广泛关注，其通过激光与碳化硅材料非接触式加工，可以实现低损耗的碳化硅减薄加工。
2、然而在激光改质剥离碳化硅的加工过程中，碳化硅薄片剥离后，在进行下一轮碳化硅晶锭减薄加工前，需要将碳化硅晶锭表面进行精密抛光，才能确保入射激光可以不受改质裂纹的影响，保证激光入射至碳化硅晶锭体内。但是碳化硅材料属于高硬度材料，其硬度仅次于金刚石，因此对其表面进行精密抛光需要大量的时间，严重影响加工效率。
3、由于传统接触式加工方法存在着损耗大的问题，而已有激光改质、剥离的方法存在效率低的问题，因此急需专利技术一种更加高效的激光减薄碳化硅材料的装置及方法，这对提高碳化硅材料的应用范围，以及降低碳化硅材料的使用成本具有重要意义。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种提高激光减薄半导体材料效率的方法及装置，通过在激光改质、剥离碳化硅薄片后的碳化硅晶锭表面引入激光改质加工，将其表面高硬度的碳化硅裂纹结构改质形成低硬度的氧化层，随后利用
2、一种提高激光减薄半导体材料效率的方法，具体包括以下步骤：
3、s1，将激光加工装置的激光焦点聚焦在半导体材料内部所需减薄剥离的位置并按照设定的减薄改质加工路径进行改质加工，改质加工结束后，将半导体薄片从半导体材料表面剥离；
4、s2，将激光焦点聚焦至剩余的半导体材料的表面，以将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层氧化物改质层；
5、s3，抛光去除半导体材料表面的氧化物改质层，抛光结束后，将激光焦点重新聚焦至剩余的半导体材料内部所需减薄剥离的位置继续进行减薄改质加工。
6、优选地，步骤s2中将激光焦点聚焦至剩余的半导体材料的表面，以将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层氧化物改质层的具体步骤为：
7、首先，将激光焦点聚焦至剩余的半导体材料的表面，并使激光氧化光斑面积大于激光减薄改质光斑面积；
8、然后，根据半导体材料的掺杂浓度调整入射激光能量，使入射激光能量高于半导体材料表面的激光损伤阈值；
9、然后，按照激光减薄改质的加工路径对剩余的半导体材料表面进行氧化改质，从而将材料表面的裂纹结构改质成一层硬度较低的氧化物改质层。
10、优选地，根据半导体材料的掺杂浓度调整入射激光能量时，首先，根据半导体材料的吸收率、电导率和热导率系数，确定半导体材料表面的激光烧蚀损伤阈值；然后，调节入射激光能量，使入射到半导体材料表面的激光能量密度高于其表面激光烧蚀损伤阈值5％-20％。
11、优选地，步骤s3中对半导体材料表面进行粗抛光，以去除半导体材料表面的氧化物改质层；
12、然后，将激光焦点重新聚焦至剩余的半导体材料内部所需减薄剥离的位置，按照激光减薄改质的加工路径进行减薄改质加工，减薄改质加工的过程中，利用检测装置实时检测下一加工位的材料表面的粗抛形貌，并根据检测结果及时调整激光焦点的聚焦位置，使整个减薄改质加工过程中激光焦点始终聚焦在半导体材料内部所需减薄剥离的位置处。
13、优选地，所述检测装置为距离检测装置。
14、优选地，所述距离检测装置为激光测距仪。
15、一种提高激光减薄半导体材料效率的装置，包括半导体材料、激光光路，
16、所述激光光路用于将激光焦点聚焦在半导体材料内部所需减薄剥离的位置进行减薄改质加工；并在减薄改质加工后将激光焦点聚焦在已进行减薄改质的半导体材料表面，将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层氧化物改质层，以提高后续减薄改质加工的效率。
17、优选地，所述激光光路包括第一光路和第二光路，第一光路与第二光路相互独立，第一光路用于将激光焦点聚焦在半导体材料内部所需减薄剥离的位置进行减薄改质加工；第二光路用于在减薄改质加工后将激光焦点聚焦在已进行减薄改质的半导体材料表面，将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层氧化物改质层，以提高后续减薄改质加工的效率。
18、优选地，所述第一光路上沿着光的传播方向设置有第一激光器、第一衰减器、第一反射镜和第一聚焦装置，第一聚焦装置设置在第二位移平台上且其位于第一反射镜的反射方向，半导体材料设置在第一位移平台上，第一激光器发出的两束平行激光光束经第一衰减器后入射到第一反射镜上，被第一反射镜反射至第一聚焦装置，从而将两束激光的焦点聚焦在半导体材料内部所需减薄剥离的位置；
19、所述第二光路上沿着光的传播方向设置有第二激光器、第二衰减器、第二反射镜和第二聚焦装置，第二激光器发出的两束平行激光光束经第二衰减器后入射到第二反射镜上，被第二反射镜反射至第二聚焦装置，从而将两束激光的焦点聚焦在已进行减薄改质的半导体材料的表面。
20、优选地，所述第一光路上还设置有扩束器，扩束器设置于第一衰减器和第一反射镜之间。
21、优选地，所述激光光路包括第一光路，
22、第一光路上沿着光的传播方向设置有第一激光器、第一衰减器、第一反射镜和第一聚焦装置，第一聚焦装置设置在第二位移平台上且其位于第一反射镜的反射方向，半导体材料设置在第一位移平台上，
23、当对半导体材料进行减薄改质加工时，第一激光器发出的两束平行激光光束经第一衰减器后入射到第一反射镜上，被第一反射镜反射至第一聚焦装置，从而将两束激光的焦点聚焦在半导体材料内部所需减薄剥离的位置；
24、当半导体材料减薄改质加工结束后，将第一光路上的第一聚焦装置替换为第二聚焦装置，第一激光器发出的两束平行激光光束经第一衰减器后入射到第一反射镜上，被第一反射镜反射至第二聚焦装置，从而将两束激光的焦点聚焦在已进行减薄改质的半导体材料表面，以将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层硬度较低的氧化物改质层。
25、优选地，对半导体材料进行减薄改质加工时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，步骤S2中将激光焦点聚焦至剩余的半导体材料的表面，以将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层氧化物改质层的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，根据半导体材料的掺杂浓度调整入射激光能量时，首先，根据半导体材料的吸收率、电导率和热导率系数，确定半导体材料表面的激光烧蚀损伤阈值；然后，调节入射激光能量，使入射到半导体材料表面的激光能量密度高于其表面激光烧蚀损伤阈值5％-20％。
4.根据权利要求1所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，步骤S3中对半导体材料表面进行粗抛光，以去除半导体材料表面的氧化物改质层；
5.根据权利要求4所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，所述检测装置为距离检测装置。
6.根据权利要求5所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，所述距离检测装置为激光测距仪。
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8.根据权利要求7所述的提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，所述激光光路包括第一光路和第二光路，第一光路与第二光路相互独立，第一光路用于将激光焦点聚焦在半导体材料(1)内部所需减薄剥离的位置进行减薄改质加工；第二光路用于在减薄改质加工后将激光焦点聚焦在已进行减薄改质的半导体材料(1)表面，将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层氧化物改质层，以提高后续减薄改质加工的效率。
9.根据权利要求8所述的提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，所述第一光路上沿着光的传播方向设置有第一激光器(1)、第一衰减器(2)、第一反射镜(4)和第一聚焦装置(5)，第一聚焦装置(5)设置在第二位移平台(9)上且其位于第一反射镜(4)的反射方向，半导体材料(1)设置在第一位移平台(7)上，第一激光器(1)发出的两束平行激光光束经第一衰减器(2)后入射到第一反射镜(4)上，被第一反射镜(4)反射至第一聚焦装置(5)，从而将两束激光的焦点聚焦在半导体材料(1)内部所需减薄剥离的位置；
10.根据权利要求9所述的提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，所述第一光路上还设置有扩束器(3)，扩束器(3)设置于第一衰减器(2)和第一反射镜(4)之间。
11.根据权利要求7所述的提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，所述激光光路包括第一光路，
12.根据权利要求11所述的提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，对半导体材料(1)进行减薄改质加工时，第一光路上还设置有扩束器(3)，扩束器(3)设置于第一衰减器(2)和第一反射镜(4)之间。
13.根据权利要求9或11所述的提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，所述第一聚焦装置(5)为显微物镜；
14.根据权利要求9或11所述的提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，所述第二位移平台(9)上还设置有检测装置，检测装置用以在减薄改质加工过程中实时检测下一加工位的材料表面的粗抛形貌，以便根据检测结果及时调整激光焦点的聚焦位置，使整个减薄改质加工过程中激光焦点始终聚焦在半导体材料内部所需减薄剥离的位置处。
...【技术特征摘要】
1.一种提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，步骤s2中将激光焦点聚焦至剩余的半导体材料的表面，以将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层氧化物改质层的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，根据半导体材料的掺杂浓度调整入射激光能量时，首先，根据半导体材料的吸收率、电导率和热导率系数，确定半导体材料表面的激光烧蚀损伤阈值；然后，调节入射激光能量，使入射到半导体材料表面的激光能量密度高于其表面激光烧蚀损伤阈值5％-20％。
4.根据权利要求1所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，步骤s3中对半导体材料表面进行粗抛光，以去除半导体材料表面的氧化物改质层；
5.根据权利要求4所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，所述检测装置为距离检测装置。
6.根据权利要求5所述的提高激光减薄半导体材料效率的方法，其特征在于，所述距离检测装置为激光测距仪。
7.一种提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，包括半导体材料(1)、激光光路，
8.根据权利要求7所述的提高激光减薄半导体材料效率的装置，其特征在于，所述激光光路包括第一光路和第二光路，第一光路与第二光路相互独立，第一光路用于将激光焦点聚焦在半导体材料(1)内部所需减薄剥离的位置进行减薄改质加工；第二光路用于在减薄改质加工后将激光焦点聚焦在已进行减薄改质的半导体材料(1)表面，将减薄改质加工过程中产生的裂纹结构改质成一层氧化物改质层，以提高后续减薄改质加工的效率...
【专利技术属性】
技术研发人员：单翀，王尔玺，耿靖骅，焦健，赵振亚，高鼎盛，蔡国栋，赵晓晖，崔勇，高妍琦，季来林，饶大幸，隋展，朱翔宇，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，
类型：发明
国别省市：
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