[发明专利]用于处理具有松弛正弯的碳化硅晶片的方法

说明书

公开了碳化硅(SiC)晶片(8A)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(8A)的变形、弯曲或下垂有关的生产问题的故意或强加的晶片(8A)形状。故意或强加的晶片(8A)形状可以包括具有相对于其硅面的松弛正弯的SiC晶片(8A)。以这种方式，可以降低与SiC晶片(8A)，并且具体地大面积SiC晶片(8A)的变形、弯曲或下垂有关的影响。公开了用于提供具有松弛正弯的SiC晶片(8A)的相关方法，所述方法提供了减小的块状晶体材料(70、90、92A、92)的切割损失。这些方法可以包括SiC(6H)晶片(8A)与块状晶体材料(70、90、92A、92)的激光辅助分离。

相关申请

本申请主张2020年2月7日提交的美国专利申请序列号16/784,311和2019年5月17日提交的美国专利申请序列号16/415,721的权益，以上申请的公开内容以其全部内容作为参考并入本文。

技术领域

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

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’。

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。

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。

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。

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。