CN108213697A - SiC晶体切片设备及切片方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种SiC晶体切片设备及切片方法，所述SiC晶体切片设备包括一激光源与一支撑台，所述激光源用于发出多束激光，所述支撑台用于支撑待切片的SiC锭；每束所述激光分别聚焦到所述SiC锭内的不同深度的位置处，激光照射的地方SiC分解为Si与C，从而易于将SiC切片从SiC锭上分离，提高切片的速率；并且由于激光源同时提供多束激光，能够同时照射同一SiC锭内不同深度的不同位置，从而实现多片SiC切片的照射，达到节约照射时间的目的，在一定程度上提高了切片的效率。

Description

SiC晶体切片设备及切片方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种SiC晶体切片设备及切片方法。
背景技术
碳化硅(SiC)作为第三代宽带隙半导体的代表材料之一具有优良的物化性能，与第一代半导体硅(Si)和第二代半导体砷化钙(GaAs)等单晶材料相比，具有禁带宽度大、热导率高、载流子饱和迁移速率大，临界击穿场强高和相对介电常数低等诸多优异的性质。基于这些优良的特性，碳化硅材料是制备高温电子器件、高频大功率器件更为理想的材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。在光电子领域，相对传统衬底材料Si与蓝宝石，SiC晶格及热适配更小，用SiC衬底制作的LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)性能远优于蓝宝石衬底。
随着SiC单晶生长技术的日趋成熟，如何获得具有完美表面的SiC单晶片成为材料应用的关键技术之一。为了制造高性能的SiC电子器件，要求晶片晶格完整，具有平整度极高的无损伤超平滑表面，且无晶向偏差。因为即使表面存在微小缺陷，都将破坏晶体材料的表面性能，甚至导致结晶构造的变化，影响器件的电学性能。
现有技术中，SiC单晶片的获得一般包括以下步骤：首先提供SiC锭，所述SiC锭一般为圆柱形，例如厚度为20mm、截面为4英寸的圆柱体；对所述SiC锭进行线锯切割(Wiresaw slicing)形成SiC切片，例如形成厚度为350um的SiC切片；对所述SiC切片进行研磨、抛光以及刻蚀，最终形成4英寸的SiC单晶片。
但是由于SiC锭的硬度比较高，线锯切割获得一片4英寸的SiC切片一般需要花费2小时，获得一片6英寸的SiC切片一般需要花费3小时，然后对SiC切片进行研磨、抛光以及刻蚀也会花费大量的时间，并且同时还需要对切割之后剩余的SiC锭进行研磨，现有技术中SiC单晶片的制作方法相当耗时并且效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SiC晶体切片设备及切片方法，提高SiC晶体的切片效率，节省切片时间。
本发明的技术方案是一种SiC晶体切片设备，包括一激光源与一支撑台，所述激光源用于发出多束激光，所述支撑台用于支撑待切片的SiC锭；每束所述激光分别聚焦到所述SiC锭内的不同深度的位置处。
进一步的，还包括多个凸透镜与多个平面镜，位于每束激光的光路上，用于调节所述激光的方向以及焦点。
进一步的，不同的所述深度呈倍数增加，并且最小的所述深度为期望的SiC切片的厚度。
进一步的，所述激光源发出三束激光。
进一步的，所述激光为绿激光。
进一步的，所述激光的波长为430nm。
相应的，本发明还提供一种SiC晶体切片方法，采用上述的SiC晶体切片设备对SiC锭进行切片。
进一步的，通过凸透镜以及平面镜调节激光的方向以及激光的焦点，使得每束激光聚焦到SiC锭内的不同深度位置处。
进一步的，不同的所述深度呈倍数增加，并且最小的所述深度为期望的SiC切片的厚度。
进一步的，通过支撑台的旋转或移动使每束激光在焦点所在的SiC锭的平面内移动，使得所述平面内的SiC分解为Si与C。
与现有技术相比，本发明提供的SiC晶体切片设备及切片方法，通过激光源提供多束激光，通过支撑台支撑待切片的SiC锭，每束所述激光分别聚焦到所述SiC锭内的不同深度的位置处，激光照射的地方SiC分解为Si与C，从而易于将SiC切片从SiC锭上分离，提高切片的速率；并且由于激光源同时提供多束激光，能够同时照射同一SiC锭内不同深度的不同位置，从而实现多片SiC切片的照射，达到节约照射时间的目的，在一定程度上提高了切片的效率。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的SiC晶体切片设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
本发明的核心思想是：通过激光源提供多束激光，通过支撑台支撑待切片的SiC锭，每束所述激光分别聚焦到所述SiC锭内的不同深度的位置处，激光照射的地方SiC分解为Si与C，从而易于将SiC切片从SiC锭上分离，提高切片的速率；并且由于激光源同时提供多束激光，能够同时照射同一SiC锭内不同深度的不同位置，从而实现多片SiC切片的照射，达到节约照射时间的目的，在一定程度上提高了切片的效率。
图1为本发明一实施例所提供的SiC晶体切片设备的结构示意图，如图1所示，本发明提出一种SiC晶体切片设备，包括一激光源10与一支撑台20，所述激光源10用于发出多束激光，所述支撑台20用于支撑待切片的SiC锭30；每束所述激光分别聚焦到所述SiC锭30内的不同深度的位置处。
本实施例中，所述SiC晶体切片设备还包括多个凸透镜与多个平面镜，位于每束激光的光路上，用于调节所述激光的方向以及焦点。即所述凸透镜与平面镜的个数与激光束的数量相同，例如所述激光源发出三束激光，则所述SiC晶体切片设备包括三个凸透镜与三个平面镜，在每一束激光的光路上均设置有一个凸透镜与一个平面镜。可以理解的是，在其他实施例中，也可以采用其他的光学元件或器件来调节所述激光的方向以及焦点，也可以将所述激光源10设置于所述支撑台20的上方，只需要凸透镜来聚焦，而无需平面镜来改变激光的方向。
通过所述凸透镜与平面镜调节所述激光的方向以及焦点，使每束激光均聚焦至所述SiC锭30上，且聚焦到所述SiC锭30内的不同深度的位置处，优选的，不同的深度呈倍数增加，并且最小的所述深度为期望的SiC片的厚度。通过激光照射之后，激光照射地方的SiC会分解为Si与C，从而使得SiC片易于从所述SiC锭30上分离。
在本实施例中，所述激光源10发出三束激光，第一束激光1经过第一透镜11与第一平面镜12聚焦到所述SiC锭30的第一深度A处，所述第一深度A为期望的SiC片的厚度，第二束激光2经过第二透镜21与第二平面镜22聚焦到所述SiC锭30的第二深度B处，所述第二深度B为第一深度A的两倍，第三束激光3经过第三透镜31与第三平面镜32聚焦到所述SiC锭30的第三深度C处，所述第三深度C为第一深度A的三倍，即所述第一深度A及以上的SiC锭为一SiC切片，所述第二深度B至所述第一深度A之间的SiC锭为一SiC切片，所述第三深度C至所述第二深度B之间的SiC锭为一SiC切片，由于在A、B、C处均经过激光照射，该处的SiC均会分解为Si与C，从而能够很容易的将SiC切片从所述SiC锭30分离，从而形成三片SiC切片。然后再进行激光照射，依次形成三片SiC切片，以此类推，将所述SiC锭30分离成多个SiC切片。
由于所述激光源10发出的激光照射至SiC锭30，能够使SiC分解为Si与C，但是所述激光只能照射至所述SiC锭30某一深度处的一个位置，该位置可能是一个点或具有某一半径的一个实心圆，无法照射至该深度所在的SiC锭30的平面的所有地方，因此需要移动激光照射的位置。本实施例中，所述支撑台20能够旋转或移动，通过所述支撑台20的旋转或移动，使得所述平面内的SiC全部或者大部分都分解为Si与C，例如通过所述支撑台20的旋转，使得所述激光照射在所述平面内形成一圆环，然后通过所述支撑台20的移动以及旋转，使得激光照射在所述平面内形成多个同心圆环，使得所述平面内的SiC大部分都分解为Si与C，从而使得所述平面成为分离面，使得SiC切片从所述SiC锭分离。
需要说明的是，要达到上述目的，并不仅限于支撑台20的旋转或移动，在其他实施例中，也可以移动平面镜或者凸透镜，或者采用本领域技术人员已知的其他方法。
可以理解的是，所述激光源10可以提供的激光束并不仅限于三束，可以为两束，也可以为四束或更多，但是由于每束激光分别聚焦到所述SiC锭30内的不同深度的位置处，并通过支撑台的旋转或移动使得激光在聚焦点所在的平面内移动，当激光源发出的激光束过多时，不同激光之间容易造成干扰，并且不同的SiC锭30具有不同的尺寸，因此激光的数量需要由实际情况决定。由于每次激光照射时，都需要旋转或移动支撑台20，使聚集点所在的平面上的大部分SiC都接受激光的照射，所以每次的激光照射需要一定的时间才能完成，而本发明中激光源10可以提供多束激光，可以同时完成多个聚焦点所在平面的照射，在一定程度上节省了照射的时间，从而节省了切片的时间，提高了切片的效率。
另外，上述的第一深度A、第二深度B、第三深度C可以不呈倍数增加，当需要的SiC切片的厚度一致时，第一深度A、第二深度B、第三深度C呈倍数增加，当需要的SiC切片的厚度不一致时，则需要根据实际的需求来确定聚焦的深度。
本实施例中，所述激光为绿激光，所述激光的波长为430nm。
相应的，本发明还提供一种SiC晶体切片方法，采用上述的SiC晶体切片设备对SiC锭进行切片。
首先通过凸透镜以及平面镜调节激光的方向以及激光的焦点，使得每束激光聚焦到SiC锭内的不同深度位置处，然后通过支撑台的旋转或移动使每束激光在焦点所在的SiC锭的平面内移动，使得所述平面内的SiC分解为Si与C，最后从该平面处将SiC切片从SiC锭分离。
请参考图1所示，详细说明本发明提出的SiC晶体切片方法：
首先根据期望的SiC切片的尺寸，确定待切片的SiC锭30，然后根据期望的SiC切片的厚度，确定激光聚焦在所述SiC锭30上的位置。例如，如果期望的SiC切片为4寸，则待切片的SiC锭30则需要满足4寸的要求，如果期望的SiC切片的厚度一致，在激光聚焦在所述SiC锭30上的位置则分别为厚度的倍数，第一束激光聚焦的深度为期望的SiC切片的厚度，第二束激光聚焦的深度为期望的SiC切片的厚度的两倍，第二束激光聚焦的深度为期望的SiC切片的厚度的三倍，如图1所示，三束激光分别聚焦在A、B、C三处。如果激光不止三束，则依次类推。
然后根据上述的深度，调整每束激光所在的光路上的凸透镜与平面镜，使得每束激光分别聚焦在所述SiC锭30预定的位置A、B、C处。
然后通过对支撑台20的旋转或移动，使得A、B、C所在的平面内的SiC全部或者大部分都分解为Si与C，例如通过所述支撑台20的旋转，使得所述激光照射在所述平面内形成一圆环，然后通过所述支撑台20的移动以及旋转，使得激光照射在所述平面内形成多个同心圆环，使得所述平面内的SiC大部分都分解为Si与C，从而使得所述平面成为分离面，使得SiC切片易于所述SiC锭分离，提高了切片的速率。
由于所述激光源10同时提供多束激光，能够同时照射同一SiC锭30内不同深度的不同位置(例如A、B、C)，从而实现对多片SiC切片的照射，完成一次激光照射之后，能够获得三片或更多的SiC切片，从而节约了照射时间，提高了切片的效率。
综上所述，本发明提供的SiC晶体切片设备及切片方法，通过激光源提供多束激光，通过支撑台支撑待切片的SiC锭，每束所述激光分别聚焦到所述SiC锭内的不同深度的位置处，激光照射的地方SiC分解为Si与C，从而易于将SiC切片从SiC锭上分离，提高切片的速率；并且由于激光源同时提供多束激光，能够同时照射同一SiC锭内不同深度的不同位置，从而实现多片SiC切片的照射，达到节约照射时间的目的，在一定程度上提高了切片的效率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种SiC晶体切片设备，其特征在于，包括一激光源与一支撑台，所述激光源用于发出多束激光，所述支撑台用于支撑待切片的SiC锭；每束所述激光分别聚焦到所述SiC锭内的不同深度的位置处。
2.如权利要求1所述的SiC晶体切片设备，其特征在于，还包括多个凸透镜与多个平面镜，位于每束激光的光路上，用于调节所述激光的方向以及焦点。
3.如权利要求2所述的SiC晶体切片设备，其特征在于，不同的所述深度呈倍数增加，并且最小的所述深度为期望的SiC切片的厚度。
4.如权利要求3所述的SiC晶体切片设备，其特征在于，所述激光源发出三束激光。
5.如权利要求1所述的SiC晶体切片设备，其特征在于，所述激光为绿激光。
6.如权利要求5所述的SiC晶体切片设备，其特征在于，所述激光的波长为430nm。
7.一种SiC晶体切片方法，其特征在于，采用权利要求1～6中任一项所述的SiC晶体切片设备对SiC锭进行切片。
8.如权利要求7所述的SiC晶体切片方法，其特征在于，通过凸透镜以及平面镜调节激光的方向以及激光的焦点，使得每束激光聚焦到SiC锭内的不同深度位置处。
9.如权利要求8所述的SiC晶体切片方法，其特征在于，不同的所述深度呈倍数增加，并且最小的所述深度为期望的SiC切片的厚度。
10.如权利要求8所述的SiC晶体切片方法，其特征在于，通过支撑台的旋转或移动使每束激光在焦点所在的SiC锭的平面内移动，使得所述平面内的SiC分解为Si与C。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180629

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