[发明专利]大应力碳化硅晶体的初加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体加工技术领域，具体涉及一种碳化硅晶体，尤其是内部具有大应力的初加工方法，包括晶体的整形和切割方法。

背景技术

碳化硅晶体是第三代宽带隙半导体材料，和第一代硅、第二代砷化镓半导体材料相比，具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率高、电子饱和漂移速率高、电子迁移率高、介电常数小、抗辐射性能强、化学稳定性好等优良的物理化学性质，以及与硅集成电路工艺兼容等特点，优良的性能使得碳化硅晶体成为制造高温、高频、大功率、抗辐射、不挥发存储器件及光电集成器件的优选材料，成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同为第三代宽带隙半导体的氮化镓、氮化铝、氧化锌等单晶材料虽然性能同样优异，但晶体生长制备非常困难，而碳化硅单晶材料经过多年的研究其生长技术已经取得突破，为大规模产业化应用奠定了基础。

碳化硅晶体通常采用物理气相传输法（physical vapor transport, PVT）进行生长，即高纯（电子级）的碳化硅粉料置于2000℃以上高温处，沿碳化硅籽晶方向有一温度梯度，使粉料与籽晶间有一个硅和碳组分的气相输运，实现在籽晶上定向生长碳化硅晶体。采用PVT法生长的碳化硅晶体，由于其在相应尺寸的籽晶片上生长，获得的晶体的直径和籽晶相近，同时，晶体一个端面即为籽晶，另一为生长面，生长面一般由于生长工艺条件的影响，呈现微凸的形状，有时也可能为凹面，此生长面是初加工阶段需要进行整平的主要部分，而籽晶面一般偏差极小，有时不需要进行加工。而在碳化硅晶体生长过程中，通常需要碳化硅晶体生长界面呈微凸状，这是为了扩大单晶尺寸、提高碳化硅晶体质量和减少碳化硅晶体缺陷等。由于生长界面微凸，导致碳化硅晶体中心区域生长速度要比边缘区域生长速度大，也就是中心区域轴向温度梯度要大于边缘区域轴向温度梯度，结果就造成与籽晶平行的同一平面的碳化硅晶体生长速度和生长时间不同，进而造成碳化硅晶体内部产生应力，并且晶体生长界面越凸，晶体内部的应力越大。尤其是在试验阶段，若工艺参数不当更易导致晶体内部应力大。

碳化硅晶体要制备成应用于半导体材料及制造工程的碳化硅晶片，需要对其进行加工，例如整形、切割、研磨及抛光等过程。通常将整形和切割过程称为晶体的初加工过程，在用传统的整形工艺对晶体进行加工时，磨床的高速旋转的砂轮与碳化硅晶体之间会有长时间的硬接触式磨削过程，碳化硅晶体中过大的残余应力会在整形过程中瞬间释放，导致碳化硅晶体开裂。另外，由于碳化硅晶体本身硬度高，加工困难，加之晶体内部应力大，使得晶体在整形的初加工阶段更为困难，主要表现为晶体容易开裂，导致晶体报废。

由于晶体内部应力大容易导致后续工艺中晶体开裂，因此需要采用一些工艺降低晶体内部应力。例如，如上述，由于工艺参数不当更易导致晶体内部应力大，CN101701358A公开一种着眼于改善PVT工艺，制备高品质内部应力低的碳化硅单晶的方法。又CN101984153A则公开了一种通过二次退火工艺来降低碳化硅晶体应力该专利通过二次退火降低晶体与坩埚盖之间以及碳化硅晶体内部应力，从而降低后续加工过程中碳化硅晶体破损率，提高碳化硅晶体产率。

然而，目前并无任何报道可在初加工过程中利用改善初加工的本身的工艺参数，避免晶体在初加工过程中开裂。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明人意识到，对于在碳化硅晶体初加工过程大应力碳化硅晶体容易开裂的问题，一方面是由于晶体本身内部具有大应力造成的，另一方面，也是由于在初加工过程中，高速旋转的砂轮与碳化硅晶体之间会有长时间的硬接触造成的。因此本发明人经过锐意的研究认识到，若能降低砂轮与碳化硅晶体的接触（例如降低两者的接触面）可有效、方便地解决上述技术问题。

鉴于上述认识，本发明提供一种大应力碳化硅晶体的初加工方法，包括：对碳化硅晶锭的顶部和底部进行端面灌胶处理以使所述碳化硅晶锭的顶部和底部分别具有平整的表面的整形工序； 将经整形的晶锭滚圆至所需尺寸；以及将所得晶锭切割成所需尺寸的晶片的切割工序。

采用本发明，由于在整形工序中，首先利用灌胶处理对碳化硅晶锭的顶部和底部进行处理，这样所得的晶锭只有小部分露出，减小了晶锭与在整形工序中后续磨平及后续切割过程中采用机械处理工具，例如砂轮的接触面，有效避免了在加工过程中应力瞬间释放导致的晶锭开裂。而且由此切割得到的晶片也能顺利进行研磨、抛光等后续工艺，获得完好晶片。本发明的方法利用简单的灌胶处理即能有效避免晶体在初加工过程中开裂，操作简便、耗时短、成本低。