一种碳化硅单晶片剥离方法及剥离装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及碳化硅单晶片制造技术领域，公开了一种碳化硅单晶片剥离方法及剥离装置，包括：将碳化硅晶锭作为阳极通过碳化硅晶锭上的导电层连接电压输出端并在刻蚀液中设置阴极连接电压输入端；采用大于所述单晶层对应的吸收光波长临界值的入射光照射在所述碳化硅晶锭表面；在照射的过程中，向所述碳化硅晶锭提供正恒电位并对所述刻蚀液进行微波加热，实现单晶层的剥离，得到碳化硅单晶片。本发明专利技术采用的刻蚀工艺方法，可快速获得厚度可控的碳化硅单晶片。单晶片。单晶片。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅单晶片剥离方法及剥离装置


[0001]本专利技术涉及碳化硅单晶片制造
，具体为一种碳化硅单晶片剥离方法及剥离装置。

技术介绍

[0002]目前，生产碳化硅单晶片的方法普遍采用的是金刚石线锯切片工艺。虽然能够获得高产量的碳化硅单晶片，但每根金刚石线造成碳化硅材料的切口损失厚度超过180μm，并且严重损耗金刚石线。另一方面，金刚石线锯过程中产生的机械振动和应力会造成晶圆片表面出现大量的划痕和裂纹等机械损伤，需要进一步去除总厚度约150μm的表面层来消除线切割工艺造成的影响。因此，生产一片厚度约350μm的碳化硅晶圆片，需要消耗掉约330μm厚的碳化硅材料。
[0003]在碳化硅晶锭切片工序中，激光切片技术与光电化学腐蚀技术相结合的方式是一种新型的生产碳化硅晶圆片的方法，有望替代传统的金刚石线锯切片工艺。在干燥环境下，通过激光切片技术将脉冲激光聚焦在平行于基面的切割面上，局部瞬态高温产生高密度位错，形成一层很薄的（＜50μm）混有非晶硅、非晶碳和非晶碳化硅的非晶层。由于非晶层的禁带宽度均低于单晶碳化硅，因此利用光电化学腐蚀技术在禁带宽度上的选择性对非晶层进行选择性的腐蚀，得到晶圆级的、表面无损伤层和无应力残余的碳化硅晶圆片，能够显著降低下一步研磨工序的难度。然而，由于非晶层的光电化学腐蚀是从层边缘向层内部进行的，而窄的腐蚀面积严重限制反应过程中的物料传输速率，造成非晶层的腐蚀速率低下，不利于快速剥离，因此需要进一步提高腐蚀速率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有剥离方法效率不高的问题，提供了一种碳化硅单晶片剥离方法及剥离装置。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种碳化硅单晶片剥离方法，包括以下步骤：提供碳化硅晶锭，其中，所述碳化硅晶锭包括非晶层和单晶层，所述单晶层包括分别位于所述非晶层两侧表面的第一单晶层和第二单晶层，所述非晶层位于所述碳化硅晶锭内部的预定深度处，所述第一单晶层为待剥离的碳化硅单晶片，所述第二单晶层的外侧表面依次设有导电层和绝缘层；将所述碳化硅晶锭浸泡入刻蚀液中，将所述碳化硅晶锭作为阳极通过所述导电层连接电压输出端并在所述刻蚀液中设置阴极连接电压输入端，其中，所述刻蚀液包含氧化剂和氧化硅腐蚀液；采用大于所述单晶层对应的吸收光波长临界值的入射光照射在所述碳化硅晶锭表面，入射光经过所述碳化硅晶锭表面的第一单晶层照射在所述非晶层表面，在所述非晶层表面形成光生空穴
‑
电子对；在照射的过程中，向所述碳化硅晶锭提供正恒电位并对所述刻蚀液进行微波加
热，所述非晶层表面的光生电子沿电流转移到所述阴极上与所述氧化剂发生反应，所述氧化硅腐蚀液对具有光生空穴的非晶层表面进行选择性刻蚀，实现所述第一单晶层的剥离，得到碳化硅单晶片。
[0006]作为一种可实施方式，进行微波加热时的微波输出功率为100～300W，对应的所述刻蚀液的温度为30～90℃。
[0007]作为一种可实施方式，将所述碳化硅晶锭作为阳极通过所述导电层连接电压输出端并在所述刻蚀液中设置阴极连接电压输入端，具体为基于二电极体系将所述碳化硅晶锭作为阳极通过所述导电层连接电压输出端并在所述刻蚀液中设置阴极连接电压输入端，或者基于三电极体系将所述碳化硅晶锭作为阳极通过所述导电层连接电压输出端并在所述刻蚀液中设置阴极连接电压输入端。
[0008]作为一种可实施方式，在照射的过程中，向所述碳化硅晶锭提供正恒电位并对所述刻蚀液进行微波加热时，还包括对所述刻蚀液提供超声振动。
[0009]作为一种可实施方式，所述非晶层表面的光生电子沿电流转移到所述阴极上与所述氧化剂发生反应，所述氧化硅腐蚀液对具有光生空穴的非晶层表面进行选择性刻蚀的过程具体包括：所述非晶层表面的光生电子沿电流转移到所述阴极上与所述氧化剂发生反应，所述非晶层表面剩余的光生空穴与所述非晶层表面的Si
‑
C和Si
‑
Si发生反应生成氧化硅，所述氧化硅腐蚀液与所述氧化硅发生反应，从而对所述非晶层表面进行选择性刻蚀。
[0010]作为一种可实施方式，所述氧化剂为氢离子H
+
，所述氧化硅腐蚀液为氢氟酸HF，所述非晶层表面的光生电子沿电流转移到所述阴极上与所述氧化剂发生反应的反应过程包括：H
+
与所述光生电子e
‑
发生还原反应，其中，发生还原反应的化学公式为：；所述非晶层表面剩余的光生空穴与所述非晶层表面的Si
‑
C和Si
‑
Si发生反应生成氧化硅，所述氧化硅腐蚀液与所述氧化硅发生反应的反应过程包括：所述非晶层表面剩余的光生空穴h
+
与所述非晶层表面的Si
‑
C和Si
‑
Si发生反应生成SiO2，其中，光生空穴h
+
和Si
‑
C发生反应的化学公式为：；光生空穴h
+
和Si
‑
Si发生反应的化学公式为： ；生成SiO2后，SiO2和所述氢氟酸HF发生反应，其中，SiO2和氢氟酸HF发生反应的化学公式为：。
[0011]作为一种可实施方式，采用大于所述单晶层对应的吸收光波长临界值的入射光照射在所述碳化硅晶锭表面的步骤具体包括采用大于所述单晶层对应的吸收光波长临界值的入射光垂直照射在所述碳化硅晶锭表面，其中，当采用的单晶层的晶型为4H型或者6H型时， 4H型和6H型对应的吸收光波长临界值分别为380nm和410nm。
[0012]作为一种可实施方式，所述阴极为铂网，所述碳化硅晶锭的氮掺杂浓度范围为5
×
10
14
～3
×
10
19 /cm3，所述碳化硅晶锭的厚度范围为0.5～50毫米，所述碳化硅晶锭的尺寸范围为2
‑
8英寸，所述非晶层的厚度范围为2～50微米，所述非晶层距离所述第一单晶层上侧表面的距离范围为5～600微米；向所述碳化硅晶锭提供正恒电位的电压范围为1
‑
8V；发射入射光的光源距离所述刻蚀液表面的高度范围为5
‑
10cm；所述刻蚀液的流速范围为1
‑
5 mL/min，所述刻蚀液的浓度范围为1
‑
20%。
[0013]作为一种可实施方式，还包括，在所述光源上采用滤光片进行滤波，使得到达所述
碳化硅晶锭表面的入射光的波长大于所述单晶层对应的吸收光波长临界值。
[0014]作为一种可实施方式，还包括，在刻蚀液的上方采用有机玻璃片对所述氧化硅腐蚀液挥发后形成的蒸汽进行阻挡，防止所述氧化硅腐蚀液挥发后形成的蒸汽腐蚀所述滤光片。
[0015]相应的，本专利技术还提供了一种微波辅助碳化硅单晶片剥离装置，包括微波装置、电解槽和光源；所述微波装置用于容纳所述电解槽，所述电解槽用于容纳刻蚀液，所述刻蚀液内部设置有安装结构，所述安装结构用于安装碳化硅晶锭、二电极体系中的阴极，其中，所述碳化硅晶锭包括非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅单晶片剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：提供碳化硅晶锭，其中，所述碳化硅晶锭包括非晶层和单晶层，所述单晶层包括分别位于所述非晶层两侧表面的第一单晶层和第二单晶层，所述非晶层位于所述碳化硅晶锭内部的预定深度处，所述第一单晶层为待剥离的碳化硅单晶片，所述第二单晶层的外侧表面依次设有导电层和绝缘层；将所述碳化硅晶锭浸泡入刻蚀液中，将所述碳化硅晶锭作为阳极通过所述导电层连接电压输出端并在所述刻蚀液中设置阴极连接电压输入端，其中，所述刻蚀液包含氧化剂和氧化硅腐蚀液；采用大于所述单晶层对应的吸收光波长临界值的入射光照射在所述碳化硅晶锭表面，入射光经过所述碳化硅晶锭表面的第一单晶层照射在所述非晶层表面，在所述非晶层表面形成光生空穴
‑
电子对；在照射的过程中，向所述碳化硅晶锭提供正恒电位并对所述刻蚀液进行微波加热，所述非晶层表面的光生电子沿电流转移到所述阴极上与所述氧化剂发生反应，所述氧化硅腐蚀液对具有光生空穴的非晶层表面进行选择性刻蚀，实现所述第一单晶层的剥离，得到碳化硅单晶片。2.根据权利要求1所述的碳化硅单晶片剥离方法，其特征在于，进行微波加热时的微波输出功率为100～300W，对应的所述刻蚀液的温度为30～90℃。3.根据权利要求1所述的碳化硅单晶片剥离方法，其特征在于，将所述碳化硅晶锭作为阳极通过所述导电层连接电压输出端并在所述刻蚀液中设置阴极连接电压输入端，具体为基于二电极体系将所述碳化硅晶锭作为阳极通过所述导电层连接电压输出端并在所述刻蚀液中设置阴极连接电压输入端，或者基于三电极体系将所述碳化硅晶锭作为阳极通过所述导电层连接电压输出端并在所述刻蚀液中设置阴极连接电压输入端。4.根据权利要求1所述的碳化硅单晶片剥离方法，其特征在于，在照射的过程中，向所述碳化硅晶锭提供正恒电位并对所述刻蚀液进行微波加热时，还包括对所述刻蚀液提供超声振动。5.根据权利要求1所述的碳化硅单晶片剥离方法，其特征在于，所述非晶层表面的光生电子沿电流转移到所述阴极上与所述氧化剂发生反应，所述氧化硅腐蚀液对具有光生空穴的非晶层表面进行选择性刻蚀的过程具体包括：所述非晶层表面的光生电子沿电流转移到所述阴极上与所述氧化剂发生反应，所述非晶层表面剩余的光生空穴与所述非晶层表面的Si
‑
C和Si
‑
Si发生反应生成氧化硅，所述氧化硅腐蚀液与所述氧化硅发生反应，从而对所述非晶层表面进行选择性刻蚀。6.根据权利要求5所述的碳化硅单晶片剥离方法，其特征在于，所述氧化剂为氢离子H
+
，所述氧化硅腐蚀液为氢氟酸HF，所述非晶层表面的光生电子沿电流转移到所述阴极上与所述氧化剂发生反应的反应过程包括：H
+
与所述光生电子e
‑
发生还原反应，其中，发生还原反应的化学公式为：；所述非晶层表面剩余的光生空穴与所述非晶层表面的Si
‑
C和Si
‑
Si发生反应生成氧化硅，所述氧化硅腐蚀液与所述氧化硅发生反应的反应过程包括：所述非晶层表面剩余的光生空穴h
+
与所述非晶层表面的Si
‑
C和Si
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Si发生反应生成SiO2，其中，光生空穴h
+
和Si
‑
C发生反应的化学公式为：；光
生空穴h
+
和Si
‑
Si发生反应的化学公式为： ；生成SiO2后，SiO2和所述氢氟酸HF发生反应，其中，SiO2和氢氟酸HF发生反应的化学公式为：。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿文浩，王蓉，皮孝东，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：