[发明专利]通过透射穿过衬底的中红外激光的热加工

说明书

技术领域

本发明涉及使用激光的热加工，更具体地涉及通过透射穿过衬底的中红外激光的热加工。

背景技术

激光已经用于执行各种材料加工以通过某种方式来改变材料，例如烧蚀、熔化和退火。具体地，在材料蒸发、液化或改变其状态或结构之前，材料可以通过吸收激光能量来加热。激光热加工已经用于半导体制造以针对各种应用来切削、分离、结合、处理半导体材料，所述应用例如LED、激光二极管和其它半导体器件的制造。由于这些器件的小尺寸、所需要的精度以及所使用的半导体材料的性质，这样的应用通常存在挑战。

例如，在半导体制造应用期间向热加工材料提供足够的激光能量的一种方式是在将要加工的材料处使用直接的视线来引导激光。然而，在一些情况下，直接的视线可能是不可行的，或者可以导致更复杂且昂贵的制造过程。试图透射激光穿过特定类型的半导体衬底(例如硅)以加工衬底背侧上的材料已经失败，因为通过半导体材料透射的光谱范围内的激光不能够透射足以实现热加工的功率。使用传统方法的这种背侧加工已经稀土掺杂具有大透射范围和/或超短脉冲的特定类型的高透射率材料。

因此，需要通过激光穿过透射率较小的半导体材料(例如硅)的透射的热加工方法。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种通过中红外激光透射的热加工方法。所述方法包括：从稀土掺杂光纤激光器产生光谱范围是1300到5000nm的激光；以及引导激光穿过半导体衬底，所述半导体衬底对于光谱范围是1300到5000nm的激光是足够透明的，使得透射过半导体衬底的激光具有能够改变位于半导体衬底背侧区域的目标材料的透射功率。

根据另一个实施例，一种通过中红外激光透射的热加工方法包括：从铥光纤激光器产生在2μm光谱区的连续波(CW)激光；以及引导激光穿过衬底，所述衬底对于2μm光谱区的激光是足够透明的，使得透射过衬底透射的激光具有能够在不改变衬底材料的情况下改变位于衬底背侧区域的目标材料的透射功率。

附图说明

结合附图，通过阅读以下详细描述将会更好的理解这些以及其它特征和优点，其中：

图1是根据本公开实施例的背侧激光热加工系统的示意图。

图2是根据本公开另一个实施例的背侧激光热加工系统示意图。

图3是根据本公开实施例的通过透射穿过砷化镓晶片的中红外激光在目标锗晶片中形成的划线的图像。

具体实施方式

根据本公开的实施例，热加工是通过透射穿过衬底(例如具有有限的中红外透射范围的半导体衬底)的中红外激光来执行的。激光由稀土掺杂的光纤激光器产生，并且引导穿过衬底，使得透射的功率能够改变位于衬底背侧区域的目标材料，所述位于衬底背侧例如在衬底上或与衬底间隔开。衬底可以是足够透明的，以允许透射的中红外激光在不改变衬底材料的情况下改变目标材料。在一个示例中，稀土掺杂的光纤激光器是高平均功率铥光纤激光器，所述激光器以连续波(CW)模式操作，并且在2μm光谱区中操作。

如本文中使用的，“中红外”是指光谱范围是1300nm到5000nm，并且“中红外激光”指的是由波长在所述光谱范围内的激光器生成的的光。“有限的中红外透射范围”是指一种材料透射激光的能力，所述材料针对至少一部分中红外范围具有高于40％的透射率，但是针对至少一部分波长低于1200nm的红外波长具有低于10％的透射率。具有有限的中红外透射范围的半导体材料示例包括但不限于：硅(Si)和砷化镓(GaAs)。如本文中使用的，“2μm光谱区”是指范围在1900与2050nm之间的中红外线光谱范围的一部分。如本文中使用的，“改变材料”是指转换或改变材料的性质或特性，并且包括但不限于：烧蚀、退火(包括从固态相到再熔化的重结晶的所有类型)、熔化、固化和软化，并且“热加工”是指使用在材料中从激光能量吸收的热量以改变材料。