用于处理具有松弛正弯的碳化硅晶片的方法与流程

本公开涉及用于处理晶体材料的方法，并且更具体地涉及用于从块状晶体材料形成晶片的方法。

背景技术：

1、多种微电子、光电子和微制造应用需要晶体材料薄层作为制造多种有用系统的起始结构。用于从晶体材料的大直径晶锭切下薄层(例如，晶片)的传统方法包括线锯的使用。线锯技术已应用于多种晶体材料，如硅(si)、蓝宝石和碳化硅(sic)。线锯工具包括通过一个或多个导辊的凹槽的特细钢丝(通常具有0.2mm或更少的直径)。存在两种切片法，即放松研磨切片和固定研磨切片。放松研磨切片包括浆液(通常是研磨剂在油中的混悬液)向高速运行的钢丝的应用，从而研磨剂在线与工件之间的滚动导致晶锭切割。不幸地，浆液的环境影响巨大。为了减少这种影响，可以在固定研磨切片法中使用用金刚石研磨剂固定的线，其仅需要水溶性冷却液(而不是浆液)。高效率平行切片允许在单一切片程序中生产大量晶片。图1显示了常规线锯工具1，其包括在辊4a-4c之间延伸的平行线截面3并且布置以同时将晶锭2锯成多个薄切片(例如，晶片8a、8g)，每个切片具有与晶锭2的端面6一般平行的面。在锯割过程期间，通过辊4a-4c支撑的线截面3可以在向下方向5上向晶锭2下方的支架7挤压。如果端面6平行于晶锭2的晶体c-面，并且线截面3锯穿与端面6平行的晶锭2，则每个所产生的晶片8a、8g将具有与晶体c-面平行的“同轴”端面6’。

2、还可能产生具有与晶体c-面不平行的端面的邻接(也称为偏切或“离轴”)晶片。具有4度偏切的邻接晶片(例如，sic的邻接晶片)通常用作其它材料(例如，aln及其它iii族氮化物)的高质量外延生长的生长基材。可以通过在远离c-轴(例如，在邻接种晶材料上生长并且垂直于晶锭侧壁锯割晶锭)的方向上使晶锭生长，或者通过从同轴种晶材料起始生长晶锭并且以偏离垂直于晶锭侧壁的角度锯割晶锭来产生邻接晶片。

3、半导体材料的线锯包括多种限制。基于每次切割所除去的材料宽度的切割损失对锯切是固有的并且占据了半导体材料的显著损失。线锯切割对晶片施加了适当高的应力，从而导致产生了非零弯曲和翘曲特征。单个晶块(或晶锭)的处理时间是非常长的，并且如线破碎的事件可以提高处理时间并且导致不希望的材料损失。可以通过晶片切割面上的切削和开裂来降低晶片强度。在线锯处理结束时，必须对所产生的晶片清除掉碎片。

4、就具有高耐磨性(和与金刚石和氮化硼相当的硬度)的sic来说，线锯可以需要大量时间和资源，借此导致了显著的生产成本。sic基材使得能够制造所期望的功率电子、无线电频率和光电装置。将在多种不同晶体结构中存在的sic称为多型，其中某些多型(例如，4h-sic和6h-sic)具有六方晶结构。

5、图2是晶面图的第一透视图，其显示了六方晶，如4h-sic的坐标系，其中c-面((0001)面)，对应于外延晶体生长的[0001](垂直)方向)垂直于m-面(面)和a-面(面)两者，其中面垂直于方向并且面垂直于方向。图3是六方晶的晶面图的第二透视图，其显示了不平行于c-面的邻接面9，其中向量10(其垂直于邻接面9)以倾角β远离[0001]方向倾斜，其中倾角β向方向(轻微)倾斜。

6、图4a是晶片取向图的透视图，其显示了邻接晶片11a相对于c-面((0001)面)的取向，其中向量10a(其垂直于晶片面9a)以倾角β远离[0001]方向倾斜。这种倾角β等于跨过(0001)面和晶片面9a的投影12a之间的正交倾斜(或错误取向角)β。图4b是在从中限定邻接晶片11a的晶锭14a(例如，具有平行于(0001)面的端面6a的同轴晶锭)的部分上叠加的邻接晶片11a的简化横截面视图。图4b显示相对于(0001)面，邻接晶片11a的晶片面9a偏差倾角β。

7、图5是包括顶面26(例如，平行于(0001)面(c-面)且垂直于[0001]方向)和通过包括垂直于面且平行于方向的主平面28(具有长度lf)的一般圆形边缘27(具有直径d)所横向划定边界的示例性sic晶片25的顶视图。sic晶片可以包括未与c-面对准(例如，相对于c-面以斜角离轴)的外表面。

8、由于与制备和处理sic有关的困难，因此相对于多种其它半导体材料的晶片，sic装置晶片具有高成本。考虑到锯割过程和在锯割后晶片的后续磨去、研磨或磨光期间的材料损失，与所产生的晶片厚度相比，得自sic的线锯的典型切割损失显著较高。考虑到线锯与装置制造问题，切片厚度比约350μm薄的晶片是不实际的。

9、为了设法解决与线锯有关的限制，已发展了从块状晶体除去半导体材料薄层的替代技术。包括从较大晶体除去碳化硅层的一种技术描述于kim等人,“4h-sic waferslicing by using femtosecond laser double pulses,”optical materials express2450,7卷,7期(2017)。这种技术包括通过将激光脉冲在sic上冲击来引起表面下损坏的激光-写入轨道(laser-written track)的形成，随后将所述晶体粘合至锁定夹具并施加张力以沿表面下损坏区实行断裂。使用激光削弱所述材料中的特定区域，随后使那些区域之间断裂来降低激光扫描时间。

10、disco corporation的美国专利no.9,925,619公开了涉及激光表面下损坏形成的另一种分离技术。通过在正向路径中移动sic晶锭，标出激光焦点，然后在反向路径中移动晶锭，标出激光焦点等来形成激光表面下损坏线。激光表面下损坏的形成在晶锭内产生了平行于c-面延伸的内部裂缝，并且将超声波振动应用于晶锭以引入断裂。

11、disco corporation的美国专利no.10,155,323公开了涉及激光表面下损坏形成的类似分离技术。将脉冲激光光束提供给sic晶锭以形成在进料方向具有80％的重叠率的分别具有17μm直径的多个连续的修饰部分，并且标记激光焦点，其中修饰部分形成步骤和标记步骤交替进行以产生其中将标记方向上彼此邻近的裂缝连接的分离层。此后，将超声波振动应用于晶锭以引入断裂。

12、在siltectra gmbh的美国专利申请公开no.2018/0126484a1中公开了用于从块状晶体除去半导体材料薄层的另一种技术。用激光辐射冲击固态材料以产生挤离带或者多个部分挤离带，随后形成聚合物接受层(例如，pdms)并冷却(任选地与高速旋转组合)以引起机械应力，所述机械应力引起固态材料薄层沿挤离带与材料的剩余部分分离。

13、用于在半导体材料中形成激光表面下损坏的工具在本领域中是已知的并且可商购自多个供应商，如disco corporation(tokyo,japan)。这些工具允许激光发射聚焦在晶体基材内部，并且允许激光相对于基材横向移动。典型激光损坏图案包括在晶体材料基材内一定深度，相对于彼此横向间隔的平行线的形成。可以调节参数，如聚焦深度、激光功率、平移速度等以赋予激光损坏，但是某些因素的调节包括了折中。提高激光功率往往会赋予可以提高断裂容易性的更大的表面下损坏(例如，通过降低完全断裂所需的应力)，但是更大的表面下损坏提高了沿通过断裂所暴露的表面的表面不规则性，从而可能需要其它处理来使这些表面对于后续加工足够光滑(例如，在电子装置中的掺入)。降低表面下激光损坏线之间的横向间隔还可以提高断裂容易性，但是激光损坏线之间的间隔的降低提高了基材和激光之间的平移行程数，借此降低了工具的生产能力。另外，基于位于特定垂直位置的横向或径向位置，和/或基于相对于其作为晶锭的一部分的原始生长位置的基材面的垂直位置，通过激光加工所获得的结果可以在基材内改变。

14、因此，本领域不断寻求解决与常规方法有关的问题的用于从基材分开或除去晶体材料的相对薄层的改善的方法。

技术实现思路

1、公开了碳化硅(sic)晶片和相关方法，其包括配置以减少与由于重力或先前存在的结晶应力所造成的这些晶片的变形(deformation)、弯曲(bowing)或下垂(sagging)有关的生产问题的故意或强加的晶片形状(wafer shape)。在某些实施方式中，故意或强加的晶片形状可以包括从其硅面具有松弛正弯(relaxed positive bow)的sic晶片。以这种方式，可以降低与sic晶片，并且具体地大面积sic晶片的变形、弯曲或下垂有关的影响。在某些实施方式中，公开了用于提供具有松弛正弯的sic晶片的方法，该方法提供了减小的块状晶体材料的切割损失(kerf loss，切口损失)。这些方法可以包括sic晶片与块状晶体材料的激光辅助分离。

2、在一个方面，晶体材料加工方法包括：提供包含sic的块状晶体材料；和从块状晶体材料分离sic晶片，使得sic晶片从sic晶片的硅面形成松弛正弯，并且与从块状晶体材料形成sic晶片有关的切割损失小于250微米(μm)。在某些实施方式中，切割损失小于175μm；或者在包括100μm至250μm的范围内。在某些实施方式中，松弛正弯在大于0μm至50μm的范围内；或者在大于0μm至40μm的范围内；或者在大于0μm至15μm的范围内；或者在30μm至50μm的范围内；或者在8μm至16μm的范围内。在某些实施方式中，sic晶片包含至少250；或者至少300；或者至少400；或者包括250至1020的范围内的直径与厚度的比。在某些实施方式中，sic晶片包含n型导电sic晶片；或者半绝缘sic晶片；或者无意掺杂的sic晶片。在某些实施方式中，sic晶片的碳面包含对应于从硅面的松弛正弯的形状。在某些实施方式中，通过松弛正弯所限定的硅面的轮廓(profile，外形)不同于sic晶片的碳面的轮廓。

3、在另一个方面，晶体材料加工方法包括：提供包含碳化硅(sic)的块状晶体材料；在块状晶体材料内形成表面下激光损坏图案；沿表面下激光损坏图案从块状晶体材料分离sic晶片，使得sic晶片包含从sic晶片的硅面的松弛正弯。在某些实施方式中，松弛正弯在大于0μm至50μm的范围内；或者在大于0μm至15μm的范围内；或者在包括30μm至50μm的范围内；或者在包括8μm至16μm的范围内。在某些实施方式中，形成表面下激光损坏图案包括在块状晶体材料上可变调节激光功率以形成表面下激光损坏图案的非线性轮廓，使得在分离后提供松弛正弯。在某些实施方式中，形成表面下激光损坏图案包括在块状晶体材料上可变调节激光焦点以形成表面下激光损坏图案的非线性轮廓，使得在分离后提供松弛正弯。在某些实施方式中，以径向掺杂轮廓布置块状晶体材料，使得在形成表面下激光损坏图案期间的激光吸收形成表面下激光损坏图案的非线性轮廓，这使得在分离后提供松弛正弯。在某些实施方式中，sic晶片包含至少250；或者至少300；或者至少400；或者包括250至1020范围内的直径与厚度的比。在某些实施方式中，与从块状晶体材料形成sic晶片有关的切割损失小于250微米(μm)。

4、在另一个方面，本文所描述的任何上述方面和/或多个单独的方面和特征可以出于其它优势组合。除非在本文中相反地说明，否则如本文所公开的任何多种特征与要素可以与一种或多种其它所公开的特征和要素组合。

5、本领域技术人员在结合附图阅读以下优选实施方案的详细说明后将理解本公开的范围并认识到它的其它方面。