一种激光剥离碳化硅晶锭的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种激光剥离碳化硅晶锭的方法及装置，先将激光焦点对准晶锭内部的预设平面，将激光按设定的方向和扫描线间距对预设平面进行二次激光加工，以使平面上形成多个爆点，制备得到改质层，之后使用氙灯对改质层进行辐照加热，加热完成后，在晶锭两端施加方向相反、垂直于端面的拉力将晶圆从碳化硅晶锭剥离。本发明专利技术极大减少了剥离所需的拉应力，提高了剥离的稳定性，与此同时使晶圆形成了较为平整的剥离面，降低了剥离面的粗糙度，减少了后续研磨的材料损耗，提高了碳化硅剥离效率的同时也降低了生产成本。时也降低了生产成本。时也降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种激光剥离碳化硅晶锭的方法及装置


[0001]本专利技术属于晶体的加工
，特别是涉及一种激光剥离碳化硅晶锭的方法及装置。

技术介绍

[0002]碳化硅微型晶体为第三代宽带隙半导体材料，具有高导热率、高击穿电压、载流子迁移率极高、化学稳定性高等优良性质，是制备在高温、强辐射条件下工作的高频、高功率电子器件和光电子器件的理想材料。但由于SiC有着非常高的硬度，想要获得合格的半导体晶圆需要先进的切割技术。为了获得较薄的晶圆片，传统的加工方法是使用线锯将圆柱体切割成片，再研磨减薄到特定的厚度。但这种加工方法会浪费许多材料，相当大部分的晶圆(70
‑
80％)在研磨过程中被研磨掉造成材料损失。而且对于碳化硅这种莫氏硬度高达9.5的材料而言，线锯法不仅效率低下，还会造成而外的环境污染和刀具损失，制约了碳化硅产业的发展。
[0003]随着半导体行业的发展以及节能和绿色环保意识的不断推广，激光剥离技术已经开始运用到碳化硅晶圆剥离中。超快激光具有脉冲时间段、峰值能量高、热效应小等优点，可以对材料进行非接触式加工。激光剥离技术包括材料内部的激光改质和剥离两个过程，首先利用激光在内部进行照射形成改质层，改质层包括激光照射区域和裂纹，再对改质层施加力的作用，使得裂纹扩展并且晶圆沿裂纹从晶锭剥离。
[0004]由于碳化硅的高硬度，剥离所需的拉应力大，往往需要其他方式辅助进行剥离。例如现有的冷分离(cold split)剥离技术，需要激光聚焦在内部形成改制层后将含有改制层的SiC晶锭与高膨胀系数材料的牺牲层连接(如PDMS)，对牺牲层进行冷却处理，通过冷却应力实现剥离，完成剥离后还需通过化学溶液将牺牲层与SiC晶片分离，这种方式效率低且有化学污染。也有借助于激光处理和温度诱导的应力的组合的晶片制造法，用激光辐照固体内部产生缺陷层，令目标分离层的温度有异于原固体温度，实现目标分离层的自分离，但单纯加热的方法无法保证改质层应力的均匀稳定性。也有采用液氮进行冷却分离，但额外的耗材造成生产成本的提高，引入制冷装置也会导致生产过程更加复杂。
[0005]基于上述现有分离技术存在的缺陷，亟需设计出一种剥离应力小，剥离稳定，且材料损耗小的剥离方式。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种激光剥离碳化硅晶锭的方法及装置，通过控制激光扫描的间距与方式，制备了含有爆点的改质层，与常规激光加工形成的改质层相比，本专利技术使激光改质区域形成了结合松散、易于分断的脆整体分层结构，极大减少了剥离所需的拉应力，提高了剥离的稳定性，与此同时使晶圆形成了较为平整的剥离面，降低了剥离面的粗糙度，减少了后续研磨的材料损耗，提高了碳化硅剥离效率的同时也降低了生产成本。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种激光剥离碳化硅晶锭的方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将激光束的焦点对准碳化硅晶锭内部的预设深度处的预设平面；
[0010]S2、令激光束以线扫描的方式，按提前设定的第一扫描方向和10
‑
50um的扫描线间距对预设平面进行扫描加工，以使扫描路径覆盖整个预设平面，完成第一次扫描；
[0011]S3、只改变激光束的扫描方向，令激光束按与第一扫描方向垂直的第二扫描方向对预设平面再次进行扫描加工，以使扫描路径再次覆盖整个预设平面，完成第二次扫描；
[0012]S4、激光加工完成后，第一次扫描路径与第二次扫描路径的多个交点处形成多个平面爆点，以此制备得到结构松散的改质层；
[0013]S5、使用氙灯作为热源，对改质层进行辐照加热1
‑
2h；
[0014]S6、加热完成后，在碳化硅晶锭的顶部和底部两端施加方向相反、垂直于碳化硅晶锭端面的拉力将晶圆从碳化硅晶锭剥离。
[0015]本专利技术首先使用10
‑
50um的扫描线间距的激光进行二次加工，以在晶锭内部形成了结合松散、易于分的脆整体分层结构，有利于减小晶圆的剥离拉应力，提高碳化硅晶圆的剥离效果，在改质层形成后，再采用大功率氙灯对改质层进行辐照加热1
‑
2h，氙灯光斑较大，能够有效覆盖整片加工区域，实现对改质区域的均匀加热，使改质层内部应力分布均匀，让初始裂纹进一步扩展，最后在晶锭两端施加相反拉力可以实现晶圆的剥离。本专利技术的方法简单可行，剥离的晶圆表面平整，质量可靠。
[0016]在本专利技术中，激光扫描的线间距越小，两次激光扫描重叠的地方形成的多个爆点更加密集，以爆点为中心周围裂纹扩展搭接延伸，形成了较为脆弱的改制区，有利于后续剥离工作的进行，使剥离晶圆所需的剥离拉应力减少，且降低剥离后晶圆未研磨剥离面的粗糙度。本专利技术为了提高剥离效果，设计了10
‑
50um的线间距范围，原因是：一般激光线脉宽在10um左右，如果线间距小于10um，由于激光束本身存在一定脉宽，因此当线间距少于一定宽度时，一般两条线之间就进行重叠了，会浪费扫描能量并可能会发生烧蚀，影响剥离效果；而如果线间距超过50um，改质层所形成的爆点会比较松散，造成所需的剥离拉应力过大，也会影响剥离效果。需要说明的是，此处只是一种较为优选的方式，操作人员可根据实际较为理想的剥离拉应力而设置扫描线间距。
[0017]本专利技术通过氙灯对改质层进行辐照加热1
‑
2h的时间设定，是基于在一定时间范围内保证其完成对改质层进行加热均匀的同时，避免加热时间过长而造成热量过高，减少耗能。此时间范围可根据实际的情况进行设定，此处只是一个较为优选的示例。
[0018]进一步，所述的预设深度指的是预设平面相对碳化硅晶锭顶面的距离。预设深度的范围一般为300
‑
1000um。由于晶圆的目标厚度范围一般为50um
‑
150um，因此具体的预设深度可依据实际的生产需求进行设定，此处不作出限定，但材料的预设深度必须要大于需剥离晶圆的目标厚度。
[0019]进一步，所述的预设深度超出所剥离得到的晶圆厚度至少100um。
[0020]保证预设深度超出所需剥离晶圆厚度至少100um，这样设计的目的是为了在进行剥离时，保证晶锭的顶部具有一定的厚度用于承受上方的力，以保证剥离晶圆时的稳定性。
[0021]进一步，所述的第一扫描方向相对预设平面的扫描角度范围为0
‑
360度。
[0022]激光束可在预设平面上沿任意方向开始进行扫描，只需保证第一扫描方向与第二扫描方向保持相互垂直即可。
[0023]进一步，所述的激光束光斑采用高斯光斑、方形平顶光斑、圆形平顶光斑、椭圆平顶光斑、菱形平顶光斑中的一种。
[0024]进一步，所述的激光束的波长为150nm
‑
1030nm、脉宽为1
‑
15ps、重复频率为1
‑
10KHz。
[0025]进一步，所述氙灯为筒状短弧氙灯，内部装有滤光片，输出光的波长范围为400
‑
600nm，光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光剥离碳化硅晶锭的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将激光束的焦点对准碳化硅晶锭(9)内部的预设深度处的预设平面；S2、令激光束以线扫描的方式，按提前设定的第一扫描方向和10
‑
50um的扫描线间距对预设平面进行扫描加工，以使扫描路径覆盖整个预设平面，完成第一次扫描；S3、只改变激光束的扫描方向，令激光束按与第一扫描方向垂直的第二扫描方向对预设平面再次进行扫描加工，以使扫描路径再次覆盖整个预设平面，完成第二次扫描；S4、激光加工完成后，第一次扫描路径与第二次扫描路径的多个交点处形成多个平面爆点，以此制备得到结构松散的改质层(10)；S5、使用氙灯(8)作为热源，对改质层(10)进行辐照加热1
‑
2h；S6、加热完成后，在碳化硅晶锭(9)的顶部和底部两端施加方向相反、垂直于碳化硅晶锭(9)端面的拉力将晶圆从碳化硅晶锭(9)剥离。2.根据权利要求1所述的一种激光剥离碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述的预设深度指的是预设平面相对碳化硅晶锭(9)顶面的距离。3.根据权利要求2所述的一种激光剥离碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述的预设深度超出所剥离得到的晶圆厚度至少100um。4.根据权利要求1所述的一种激光剥离碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述的第一扫描方向相对预设平面的扫描角度范围为0
‑
360度。5.根据权利要求1所述的一种激光剥离碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述的激光束光斑采用高斯光斑、方形平顶光斑、圆形平顶光斑、椭圆平顶光斑、菱形平顶光斑中的一种。6.根据权利要求1所述的一种激光剥离碳化硅晶锭的方法，其特征在于，所述的激光束的波长为150nm
‑
1030nm、脉宽为1
‑
15ps、重复频率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小柱，黄耀安，李兆艳，吕凯俊，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：