CN111916348A - 制造碳化硅器件的方法和在处置衬底中包括激光修改区带的晶片复合体 - Google Patents

制造碳化硅器件的方法和在处置衬底中包括激光修改区带的晶片复合体 Download PDF

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Abstract

公开了制造碳化硅器件的方法和在处置衬底中包括激光修改区带的晶片复合体。晶片复合体(900)包括处置衬底(100)、形成在处置衬底(100)的第一主表面(101)上的辅助层(200)、以及形成在辅助层(200)之上的碳化硅结构(320)。使处置衬底(100)经受激光辐照，其中，激光辐照沿着处置衬底(100)中的焦平面(105)修改晶体材料。焦平面(105)与第一主表面(101)平行。辅助层(200)被适配为阻止激光辐照在处置衬底(100)中可能生成的微裂纹(156)的传播。

Description

制造碳化硅器件的方法和在处置衬底中包括激光修改区带的 晶片复合体
技术领域
本公开的示例涉及一种制造碳化硅器件的方法，其中该方法包括对处置衬底进行激光辐照。进一步的示例涉及在处置衬底的分离区带中具有修改区带的晶片复合体。
背景技术
半导体晶片的制备典型地包括通过竖向区带熔化或通过从填充有熔化的半导体材料的坩埚提拉籽晶晶体棒来形成晶锭。例如通过锯切对晶锭进行切片。其它处理通过在可重复使用的处置晶片的顶部上或靠近其顶部形成薄的释放层、在释放层上方外延生长半导体层、并且然后沿着释放层从处置晶片机械地分离外延生长的半导体层来获得外延的半导体晶片。
存在针对以经济的方式提供用于碳化硅器件的衬底的改进的方法的需要。
发明内容
本公开的实施例涉及一种制造碳化硅器件的方法。该方法包括提供晶片复合体，该晶片复合体包括处置衬底、辅助层和碳化硅结构。辅助层形成在处置衬底的第一主表面上。碳化硅结构形成在辅助层上。处置衬底经受激光辐照。激光辐照在处置衬底中沿着焦平面修改晶体材料。焦平面平行于主表面。辅助层被适配为阻止激光辐照在处置衬底中生成的微裂纹的传播。
本公开的另一个实施例涉及一种晶片复合体，其包括处置衬底、辅助层和碳化硅结构。处置衬底包括嵌入在晶体碳化硅中的修改区带。修改区带被布置在分离区带中，其中分离区带平行于处置衬底的第一主表面延伸。辅助层被形成在处置衬底的第一表面上。在处置衬底中，微裂纹从修改区带延伸到辅助层并且在辅助层处终止。碳化硅结构被形成在辅助层上。
本领域技术人员在阅读以下的详细描述并且查看随附附图时将认识到附加的特征和优点。
附图说明
随附附图被包括以提供对实施例的进一步理解，并且随附附图被合并到本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示晶片复合体的实施例和制造碳化硅器件的方法的实施例，并且与描述一起用于解释实施例的原理。在以下的详细描述和权利要求中描述了进一步的实施例。
图1A至图1C示出用于图示根据实施例的碳化硅器件制造方法的晶片复合体的示意性竖向横截面视图，该方法包括在靠近处置衬底的第一主表面的焦平面中的激光处理。
图2A示出用于讨论实施例的效果的具有通过激光辐照形成的修改区带的碳化硅衬底的一部分的示意性竖向横截面视图。
图2B图示用于讨论实施例的效果的在处置衬底中具有辅助层并且具有修改区带的晶片复合体的一部分的示意性竖向横截面视图。
图3A至图3F示出施主衬底、处置衬底和晶片复合体的示意性竖向横截面视图，以用于图示根据使用用于接合的辅助层的实施例的碳化硅器件制造方法。
图4A至图4E示出施主衬底、处置衬底和晶片复合体的示意性竖向横截面视图，以用于图示根据使用中间层的实施例的碳化硅器件制造方法。
图5是用于讨论图4A至图4E的实施例的效果的晶片复合体的一部分的示意性竖向横截面视图。
具体实施方式
在以下的详细描述中，参照随附附图，随附附图形成在此的一部分，并且在随附附图中通过图示方式示出其中可以实践晶片复合体和制造碳化硅器件的方法的具体实施例。要理解的是，可以利用其它实施例并且可以在不脱离本公开的范围的情况下作出结构或逻辑上的改变。例如，针对一个实施例图示或描述的特征可以使用在其它实施例上或者与其它实施例结合使用，以产生再进一步的实施例。意图的是本公开包括这样的修改和变化。使用特定的语言描述示例，特定的语言不应当被解释为限制所附权利要求的范围。附图并非是按比例的，并且仅用于说明的目的。如果没有另外声明，否则在不同的附图中由相同的参考标号表示对应的元件。
术语"具有"、"包含"、"包括"、和"包括有"等是开放的，并且术语指示所声明的结构、元件或特征的存在，但是不排除附加的元件或特征的存在。量词"一"、"一个"和指代词"该"意图包括复数以及单数，除非上下文另外清楚地指示。
针对物理尺寸给出的范围包括边界值。例如，针对参数y的从a到b的范围读作a≤y≤b。这同样适用于具有如"至多"和"至少"的一个边界值的范围。
来自化学合成物或合金的层或结构的主要组分是其原子形成化学合成物或合金的这样的元素。例如，硅(Si)和碳(C)是碳化硅(SiC)层的主要组分。
术语"在…上"不应被解释为仅意味着"直接在…上"。相反，如果一个元件位于另一个元件"上" (例如，一层在另一层"上"或在衬底"上")，则进一步的组件 (例如，进一步的层)可以位于两个元件之间(例如，进一步的层可以位于层和衬底之间，如果该进一步的层在所述衬底"上"的话)。
根据实施例，一种制造碳化硅器件的方法包括提供晶片复合体，其中晶片复合体可以包括处置衬底、形成在处置衬底上的辅助层、以及形成在辅助层上方的碳化硅结构。
处置衬底可以是晶体碳化硅衬底，或者可以包括晶体碳化硅衬底。例如，处置衬底的碳化硅晶体可以具有六边形的多型，例如4H或6H。处置衬底可以是均匀掺杂的，或者可以包括不同地掺杂的SiC层部分。处置衬底可以包括来自具有接近于或高于晶体碳化硅的熔点的另外的材料的一个或多个层。例如，来自另外的材料的层可以被嵌入在晶体碳化硅衬底中。
处置衬底可以具有两个本质上平行的相同形状和大小的主表面以及连接两个主表面的边缘的侧向表面区域。例如，处置衬底可以是具有或不具有倒圆角边缘的矩形棱柱，或者是直圆柱或稍微偏斜的圆柱(例如，其中侧面以至多8°或至多5°或至多3°的角度倾斜)，沿着外周向具有或不具有一个或多个平坦面或凹口。
处置衬底和/或晶片复合体结构可以在由横向方向(也称为"水平方向")跨越的平面中横向地延伸。垂直于横向方向，在竖向方向上，处置衬底和/或晶片复合体结构可以具有与处置衬底和/或晶片复合体结构在横向方向上的相应延伸相比小的厚度。横向方向可以平行于主表面行进，或者可以与主表面中的至少一个围成至多10°或至多8°或至多5°的角度。
辅助层可以被直接形成在处置衬底的第一主表面上。辅助层可以被适配为阻止处置衬底中的微裂纹的传播。为此目的，辅助层和处置衬底可以具有不同的晶体性质。例如，辅助层和处置衬底可以是具有不同晶格常数的晶体材料。在其它实施例中，辅助层和处置衬底可以包括相同半导体材料的不同多型或由相同半导体材料的不同多型组成，或者甚至可以包括不同的材料或由不同的材料组成。例如，辅助层和处置衬底可以在至少一种主要组分上不同。
碳化硅结构可以形成在(例如直接地形成在)辅助层的在与处置衬底相对的侧面处的层表面上。辅助层和碳化硅结构的水平横截面区域可以在大小和形状上等于或近似等于处置衬底的水平横截面区域。
碳化硅结构可以包括一个或多个不同地掺杂的单晶SiC子层。在一个或多个SiC子层中，可以形成诸如二极管和/或晶体管的功能元件的掺杂区。
处置衬底经受激光辐照。激光辐照可以沿着处置衬底中的焦平面修改晶体SiC材料修改。焦平面平行于第一主表面。被修改的单晶材料可以形成在横向上分离的修改区带，所述修改区带被嵌入在未修改的晶体SiC材料中，例如嵌入在未修改的单晶SiC材料中。
修改区带可以包括处于与未修改的SiC材料的晶相不同的晶相的碳化硅，修改区带可以包括具有与未修改的SiC材料的多型不同的多型的碳化硅，和/或修改区带可以包括分解的硅和碳。
修改区带的形成可能在周围的晶体SiC材料上施加机械应力。例如，SiC的呈现硅和碳的部分分解可能造成分解组分的暂时体积膨胀。所产生的机械应力可能生成晶体晶格缺陷(所谓的微裂纹或裂缝)。至少一些晶格缺陷可能沿着主晶面传播，例如沿着4H-SiC中的<0001>晶面(c-平面)传播。
c-平面可以对于焦平面倾斜例如在从2°到8°的范围内的偏轴角α，例如倾斜大约4°。通过施加适度的机械或热机械应力，从而沿着平行的c-平面延伸的微裂纹有利于晶片复合体的沿着在焦平面周围的锯齿状断裂表面的分裂，其中断裂表面包括具有微裂纹的c-平面的区段。
典型地，与针对沿着断裂表面的可靠的并且可再现的分离处理所要求的相比，裂缝和微裂纹更深得多地传播到周围的单晶材料中。沿着c-平面的微裂纹的最大长度乘以c-平面和水平平面之间的偏轴角α的正弦确定了分离区带的竖向延伸。分离区带包括处置衬底的包括微裂纹的竖向区段。
辅助层可以被适配为阻止微裂纹的传播。为此，焦平面与辅助层之间的距离可以足够小以使得由于激光辐照而在焦平面中和/或靠近于焦平面生成的微裂纹可以到达辅助层。辅助层可以阻止裂缝和微裂纹向碳化硅部分的方向的传播。辅助层可以防护碳化硅部分免受由激光辐照引发的晶格缺陷，并且可以减少晶体碳化硅的受激光辐照影响的部分。
根据实施例，晶片复合体可以是沿着焦平面分裂的。分裂处理可以包括向晶片复合体施加适度的机械剪切应力、热机械应力和/或例如超声波的声波。分裂并非精确地遵循焦平面，而是遵循具有在焦平面的两侧上的区段的断裂表面。焦平面近似于断裂表面的平坦的平均平面。断裂表面可以是锯齿状的(也称为锯齿形状的或有棱纹的)。相对彼此偏移的平行的表面区段可以构建锯齿状形状。断裂表面的表面区段的主要部分可以是c-平面，其中表面区段是对于水平焦平面倾斜的。
分裂处理可以将外延晶片与处置衬底的回收部分分离。外延晶片可以包括碳化硅结构、辅助层和分离区带的第一残留物层。处置衬底的回收部分可以包括分离区带的第二残留物层。
可以将第二残留物层从处置衬底的回收部分移除。通过示例的方式，第二残留物层的移除可以包括CMP、研磨和/或磨削。也可以使用其它的抛光和/或表面平滑方法。在移除第二残留物层之后，被再加工的处置衬底可以没有或几乎没有源自激光处理的晶体裂缝和裂纹。被再加工的处置衬底可以用作为进一步的晶片复合体的处置衬底。
由于辅助层阻止了裂纹从处置衬底传播到碳化硅结构，因此即使焦平面被提供为靠近地接近于处置衬底的第一主表面，碳化硅结构也可以没有源自激光分离的晶体缺陷。与没有辅助层的情况相比，可以更高效地使用处置衬底。
根据实施例，处置衬底的从处置衬底的第一表面延伸到焦平面的部分可以包括单晶碳化硅。例如，处置衬底的从处置衬底的第一表面延伸到焦平面的部分可以由单晶碳化硅组成。辅助层可以有效地将碳化硅中的微裂纹的竖向延伸约束在对于随后的晶片分裂而言必需的最小值。
根据实施例，激光辐照可以沿着平行的激光扫描线形成修改区带。邻近的激光扫描线可以具有中心到中心距离，特别是相同的中心到中心距离。
例如，对于形成在4H-SiC中并且处在大约4°的c-平面和水平平面之间的偏轴角α的修改区带而言，焦平面和辅助层之间的距离可以在从激光扫描线的中心到中心距离的3.2%到14.3%的范围内。例如，焦平面和辅助层之间的距离可以在从激光扫描线的中心到中心距离的3.2%到7.15%或6.4%到14.3%的范围内。
作为结果，焦平面和辅助层之间的距离足够大以使得由邻近的激光扫描线引发的裂纹是足够地彼此靠近的以用于确保可靠的分离处理。另一方面，焦平面和辅助层之间的距离足够小以有利于高度地材料高效的分离处理，这可以带来非常少的晶体SiC材料损失。
根据实施例，辅助层可以包括至少一个受到压缩应力的层。例如，辅助层可以包括一个单个的受到压缩应力的层。根据另一示例，辅助层可以包括多个受到压缩应力的子层和处于拉伸应力下的子层，其中处于拉伸应力下的子层和处于压缩应力下的子层沿着竖向方向交替。处于压缩应力下的层可以阻止裂纹和/或晶格缺陷的传播。受到压缩应力的子层和处于拉伸应力下的子层可以是具有不同的平均掺杂剂浓度的单晶SiC层，并且可以是通过使用原位掺杂的外延而以高效方式形成的。
根据实施例，辅助层可以具有高于1800℃的熔点，具有高的温度稳定性的辅助层使得至少部分地通过外延在辅助层上形成碳化硅结构是可能的。例如，辅助层可以包括氮化硅层和/或碳层和/或多晶SiC。辅助层可以由这些层之一或这些层的组合组成。
根据实施例，辅助层可以包括至少一个碳化硅层，该至少一个碳化硅层与处置衬底的直接邻接的层部分中相比具有显著更高的掺杂剂浓度。辅助层可以由处置衬底的一部分形成，例如通过引入掺杂剂或通过在外延生长期间的原位掺杂来形成。例如，辅助层中的平均掺杂剂浓度可以是处置衬底的直接邻接的层部分中的至少十倍那么高。
根据实施例，提供晶片复合体可以包括在处置衬底的第一主表面和SiC施主衬底的加工表面中的至少一个上形成辅助层。例如，辅助层可以排它地形成在处置衬底上，可以排它地形成在施主衬底上，或者可以包括两个子层，其中第一子层形成在处置衬底的第一主表面上，并且第二子层形成在SiC施主衬底的加工表面上。
然后，可以例如通过接合将处置衬底和SiC施主衬底进行连接，其中辅助层被布置在处置衬底和SiC施主衬底之间。
例如，可以通过直接接合或通过反应接合来将处置衬底和SiC施主衬底进行连接。直接接合的层和衬底之间的粘附可以基于化学接合、氢接合、金属接合、离子接合和/或共价接合。
直接接合可以包括施加将SiC施主衬底和处置衬底彼此抵接地按压的物理力、在适度的温度下对接合表面中的至少一个进行热处理、或者两者的组合(熔融接合、热压缩接合、通过原子重排的接合)。直接接合可以包括不存在任何附加的中间层(例如粘合剂层)。将SiC施主衬底牢固地连接到处置衬底可以有利于转移层从SiC施主衬底到晶片复合体的转移。
根据实施例，可以在将处置衬底与SiC施主衬底物理连接之后将SiC施主衬底的回收部分与SiC施主衬底的转移部分分离。例如，SiC施主衬底可以包括在回收部分和转移部分之间的释放层。SiC施主衬底可以被沿着释放层分裂，其中回收部分与转移层分离。释放层可能包括通过经SiC施主衬底的加工表面注入例如氢和/或氦的轻离子而生成的晶体缺陷或空隙。分离处理可以包括对释放层中的硅原子和碳化物原子进行重组的热处理。
根据实施例，可以在移除回收部分之后在转移部分上形成外延碳化硅层。例如，碳化硅可以是通过化学气相沉积方法沉积的，其中硅原子和碳原子与转移部分的单晶晶格配准地生长。在外延碳化硅层中，可以形成用于集成电路(例如用于功率半导体器件)的半导体管芯。特别是，可以以来自处置衬底的晶体碳化硅的最小损失在外延生长的碳化硅中排它地形成碳化硅器件。
根据实施例，处置衬底可以包括主要部分、形成在主要部分之上(例如直接地形成在主要部分上)的分离层、以及在分离层之上(例如直接在分离层上)的中间层。激光辐照可以是利用中间层内的焦平面来执行的。
主要部分可以是或者可以包括晶体碳化硅，例如单晶碳化物。
分离层可以是或者可以包括受到压缩应力的层，例如碳化硅层，其具有比中间层中的以及主要部分的直接沿着分离层的层部分中的平均浓度高的掺杂剂浓度。根据另一示例，分离层可以包括不同于硅和碳的至少一种主要组分。例如，分离层可以包括氮化硅层。
分离层可以是一个单个的均匀的层。根据另一示例，分离层可以包括多个受到压缩应力的子层和多个处于拉伸应力下的子层，其中处于拉伸应力下的子层和处于压缩应力下的子层沿着竖向方向交替。受到压缩应力的层可以阻止裂纹和/或晶格缺陷的传播。受到压缩应力的子层和处于拉伸应力下的子层可以是具有不同的平均掺杂剂浓度的单晶SiC层，并且可以是通过外延以高效方式形成的。
中间层可以由具有高于1800℃的熔点的单晶或多晶材料来提供，其具有在分离层上的足够的粘附并且易于通过激光辐照进行修改。例如，中间层可以是具有六方晶格类型的碳化硅层，例如具有大约4°的在c-平面和水平平面之间的偏轴角α的4H-SiC层。例如，中间层可以是处于拉伸应力下的层。
处置衬底中的分离层可以阻止裂纹从中间层中的修改区带向处置衬底的方向的传播，并且进一步减少单晶碳化硅材料的损失。
根据实施例，中间层可以是通过从SiC施主衬底或从替换的施主衬底进行的层转移而形成的。层转移有利于由否则可能不形成在分离层上的材料(例如单晶材料，或者可能仅在高作用力下才形成在分离层上的材料)来提供中间层。
例如，中间层可以是单晶碳化硅层。中间层中的平均掺杂剂浓度可以是相对高的，例如大于主要部分中的平均掺杂剂浓度。更高的掺杂剂浓度可以改善沿着c-平面的微裂纹的形成。中间层的厚度可以是激光扫描线之间的中心到中心距离的至少6.4%和至多14.5%。
通过由不同于单晶碳化硅的材料来提供中间层，可以在根本不损失单晶碳化硅的情况下获得碳化硅器件。在由单晶碳化硅来提供中间层的情况下，中间层可以由具有更低晶体质量的替换的SiC施主衬底来形成或者可以由提供用于外延生长的籽晶层的不同于碳化硅施主衬底的另外的多型来形成。
根据另一实施例，晶片复合体可以包括处置衬底、辅助层、以及碳化硅结构。处置衬底可以包括嵌入在单晶碳化硅中的修改材料的修改区带。修改区带是在分离区带中形成的。分离区带平行于处置衬底的第一主表面。辅助层可以被形成(例如直接地形成)在处置衬底的第一主表面上。碳化硅结构可以被形成(例如直接地形成)在辅助层之上。在处置衬底中，微裂纹可以从修改区带延伸到辅助层，并且可以在辅助层处终止，例如在辅助层与处置衬底之间的界面处终止。
辅助层有利于可以在距处置衬底的第一主表面相对小的距离处形成修改区带。辅助层可以约束从修改区带沿着相对于主表面倾斜的晶面传播到碳化硅结构的方向的裂纹的长度。
根据实施例，修改区带可以被形成在具有对于彼此的中心到中心距离的平行的激光扫描线中。辅助层与经过修改区带的中心的焦平面之间的距离可以在从激光扫描线的中心到中心距离的3.2%至7.25%的范围内。
在给定范围内的修改区带到辅助层的距离下，可能的是在分裂处理中仅损失小部分的单晶碳化硅而同时分离区带的在焦平面周围的可靠分裂仍然是可能的。
根据实施例，辅助层可以受到压缩应力。受到压缩应力的层可以以足够的可靠性阻止裂纹沿着主晶面传播。
根据实施例，辅助层可以具有高于1800℃的熔点。碳化硅结构的至少一部分可以在达到1800℃的温度下通过外延形成。例如，辅助层可以包括氮化硅层或碳化硅层。
根据实施例，碳化硅结构可以包括外延层。外延层可以包括晶片状的复合体，该晶片状的复合体包括在任何处理阶段用于集成电路(例如用于功率半导体器件)的多个在横向上连接的半导体管芯。例如，外延层可以包括集成电路的掺杂区，或者集成电路的掺杂区和来自非单一半导体材料的进一步的电介质结构和导电结构。
根据实施例，处置衬底可以包括主要部分、形成(例如直接地形成)在主要部分之上的分离层、以及形成（例如直接地形成）在分离层之上的中间层。修改区带可以被形成在中间层中。中间层和处置衬底可以来自于除了几乎无缺陷的单晶碳化硅之外的其它材料。在沿着焦平面分离之后以及在移除中间层的残留物之后，处置衬底的主要部分和分离层不被消耗并且是针对相同的目的而可重复使用的。
根据实施例，中间层可以是处于拉伸应力下的单晶碳化硅层。例如，中间层中的平均掺杂剂浓度可以是相对高的，例如大于主要部分中的平均掺杂剂浓度。拉伸应力可以改善沿着c-平面的微裂纹的形成。
中间层的热机械行为与碳化硅结构的特性相匹配。由于中间层不被用作为用于外延的籽晶，因此中间层可以是较差晶体质量的碳化硅层。
图1A至图1C图示有助于从外延碳化硅晶片910制造碳化硅器件的方法。
图1A示出具有在竖向上一个堆叠在另一个之上的处置衬底100、辅助层200和碳化硅结构320的晶片复合体900。
处置衬底100可以是具有两个平行的主表面101、102的平坦板。处置衬底100的在处置衬底100的前侧处平行于第一主表面101的水平横截面可以是具有或不具有倒圆角的角部的多边形或者可以是椭圆形，例如圆形，其中处置衬底100可以具有沿着周向形成的凹口和/或平坦面。例如，处置衬底100的横截面可以是具有沿着周向的凹口或平坦面的圆或者是不具有平坦面和凹口的圆，其中圆的直径对应于标准晶片大小的直径。例如，直径可以是2英寸(51毫米)、3英寸(76毫米)、4英寸(100毫米)、125毫米(5英寸)、150毫米(6英寸)或200毫米(8英寸)。
处置衬底100可以完全来自于包括硅和碳作为主要组分的碳化硅晶体，或者可以至少包括晶体碳化硅部分。除了硅和碳之外，碳化硅晶体还可以包括进一步的材料，例如作为材料和处理缺陷和/或不意图的添加剂的结果的不意图的杂质。不意图的杂质可以包括氧(O)和氟(F)。所意图的添加剂可以包括氢(H)和/或掺杂剂原子，例如氮(N)、磷(P)、铍(Be)、硼(B)、铝(Al)和/或镓(Ga)。第一主表面101的表面法线104可以限定和/或沿着竖向方向行进。与竖向方向正交的方向是横向方向(也称为水平方向)。
处置衬底100的在两个主表面101、102之间的厚度v1可以等于、小于或大于相同直径的标准碳化硅晶片的厚度。例如，处置衬底100的直径可以是4英寸，并且处置衬底厚度v1可以等于、小于或大于525μm。
辅助层200可以形成为与处置衬底100的第一主表面101接触。辅助层200可以受到压缩应力。辅助层200的熔点可以高于1800℃。辅助层200的厚度v2可以在从5 nm至5μm(例如从20 nm至0.5μm)的范围内。例如，辅助层200可以是或者可以包括碳化硅层，该碳化硅层具有与在处置衬底100的直接邻接的层部分中相比更高的掺杂剂浓度。根据另一示例，辅助层200可以是或者可以包括氮化硅层。
碳化硅结构320可以与辅助层200的层表面201接触，其中层表面201与处置衬底100相对。碳化硅结构320可以至少部分地通过外延来形成。碳化硅结构320可以是多个相同的、在横向上连接的半导体管芯的复合体，其中每个半导体管芯包括集成电路的半导体本体，例如功率半导体器件的半导体本体。碳化硅结构320的厚度v3可以在从20μm到几百μm的范围内。
处置衬底100包括修改区带155。修改区带155是通过施加在处置衬底100中聚焦在焦平面105中的激光辐照而由处置衬底100的材料形成的。
焦平面105靠近第一主表面101。例如，在具有六方晶体晶格并且具有大约4°的在水平平面与主晶面(例如c-平面)之间的偏轴角α的处置衬底100中，主表面101与焦平面105之间的距离d2可以在从100 nm至800μm的范围内，典型地在从500 nm至40μm的范围内、在从200 nm至20μm的范围内、或者在从1μm至20μm的范围内。
修改区带155可以被布置在激光扫描线151中。激光扫描线可以正交于横截面平面延伸或者对于横截面平面倾斜地延伸。邻近的激光扫描线151之间的中心到中心距离d1可以在从10μm到200μm的范围内，例如在从40μm到100μm的范围内。
从修改区带155起，微裂纹156可以主要沿着与修改区带155相交或者以靠近地接近的方式通过修改区带155的c-平面延伸。由微裂纹156的长度限定的处置衬底100的竖向区段形成分离区带160。
例如可以在形成碳化硅结构320的至少一部分的外延处理之后并且在形成半导体管芯的金属化之前从前侧施加激光辐照。替换地，例如可以在形成碳化硅结构320的至少一部分的外延处理之后，例如在完成碳化硅结构的前侧处理之后，特别是在形成半导体管芯的前侧金属化之后，从后侧施加激光辐照。
晶片复合体900可以被沿着焦平面105分裂。例如，可以在碳化硅结构320和处置衬底100之间施加机械剪切应力。施加机械剪切应力可以与支持分裂的进一步的处理组合。例如，可以通过冷却来施加热机械应力。替换地或者此外，可以向分离区带160引导声波，例如超声波。
焦平面105确定分裂的竖向位置。分裂不直接遵循焦平面105。替代地，分裂主要遵循分离区带160中的c-平面的平行区段。
图1B示出从处置衬底100分裂开的外延晶片910。外延晶片910包括碳化硅结构320、辅助层200和图1A的分离区带160的第一残留物层161。处置衬底100包括图1A的分离区带160的第二残留物层162。
外延晶片910和处置衬底100的断裂表面157主要由c-平面中的平行表面区段组成。从c-平面中的表面区段起，微裂纹156可以延伸到第一残留物层161和第二残留物层162中。
外延晶片910被进一步处理。例如，移除第一残留物层161，并且如果适用的话，可以移除辅助层200。在分裂期间以及在进一步的处理期间，可以暂时地将辅助载体附接到外延晶片910的前侧表面911。
可以对处置衬底100进行再加工。例如，可以从处置衬底100的前侧移除第二残留物层162。通过示例的方式，第二残留物层162的移除可以包括化学机械抛光、研磨和/或磨削。
图1C示出被再加工的处置衬底100和被进一步处理的外延晶片910。被再加工的处置衬底100的厚度v4小于分裂之前的处置衬底100的竖向延伸v1。
图2A和图2B图示图1A至图1C的辅助层200的效果。
图2A提及具有在水平平面和c-平面之间的4°偏轴角α的单晶4H-SiC衬底。修改区带155是通过沿着正交于横截面平面延伸的激光扫描线151的激光辐照形成的。邻近的激光扫描线151之间的中心到中心距离d1在几微米的范围内。在焦点位置以及直接在焦点位置周围，激光束可以将处置衬底100的单晶材料转换成不同的多型(例如，从4H-SiC到3C-SiC)和/或转换成不同结晶度的结构。
例如，激光晶片长度可以在碳化硅吸收隙内，其中，多声子相互作用可以造成碳化硅晶体局部分解成硅和碳。分解可能伴随有修改材料的体积膨胀。体积膨胀可能将机械应力引发到碳化硅晶体的周围部分中。应力造成主要沿着c-平面108传播的晶格缺陷、裂缝和/或微裂纹156。微裂纹156削弱了分离区带160中的碳化硅晶体的机械稳定性。通过施加适当的机械应力，处置衬底100沿着主要由c-平面108中的平行表面区段构成的分离表面157分裂。
沿着c平面108的微裂纹156可能相当长。微裂纹156的最大长度确定分离区带160的竖向延伸v5。在分离区带160的外部几乎不存在微裂纹156。由于高的晶格缺陷密度和/或微裂纹156，分离区带160典型地不可用于进一步的处理。
对于进一步的处理而言处置衬底100的具有竖向延伸v5的竖向区段被损失掉。竖向延伸v5典型地大于邻近的激光扫描线151之间的中心到中心距离d1的25%。此外，存在一定的一些微裂纹156可能延伸超出分离区带160的假定延伸的风险。
在图2B中，辅助层200限制微裂纹156向碳化硅结构320的方向的传播，并且防护碳化硅结构320免受由激光辐照生成的裂纹和晶格缺陷。可以选择辅助层200和焦平面105之间的距离d2以使得可靠的分裂恰好是可行的。图2B中的分离区带160的竖向延伸v5可以显著小于图2A中的分离区带160的竖向延伸v5。
图3A至图3F将外延晶片910的从处置衬底100的激光辅助下的分离与来自SiC施主衬底300层转移进行组合。
可以通过单晶SiC施主衬底300的加工表面301注入轻离子。轻离子可以包括氦(He)和/或氢(H)。轻离子可能损坏释放层310中的SiC施主衬底300中的晶体晶格。
图3A示出释放层310跨碳化硅施主衬底300的整个横截面区域以均匀的距离延伸到加工表面301。
SiC施主衬底300例如被通过接合而物理地连接到处置衬底100。为此目的，可以在处置衬底100的主表面101上形成辅助层200，并且将SiC施主衬底300的加工表面301接合到辅助层200的暴露的层表面201。替换地，辅助层200可以被形成在SiC施主衬底300的加工表面301上，并且处置衬底100的主表面101可以被接合到辅助层200。替换地，辅助层200的第一子层可以被形成在SiC施主衬底300的加工表面301上，并且第二子层可以被形成在处置衬底100的主表面101上，并且两个子层可以被接合在一起。
图3B示出晶片复合体900，其包括被通过辅助层200物理地连接到处置衬底100的SiC施主衬底300。
SiC施主衬底300的回收部分321可以被分离，例如从SiC施主衬底300的转移部分322分裂开。例如，热处理可以造成释放层310中的原子的重组，其中可以通过施加适度的机械力来将回收部分321分裂开。
可以移除回收部分321上的释放层310的残留物，并且可以将回收部分321的加工表面301平坦化。回收部分321可以在下一处理循环中被用作为SiC施主衬底300。
可以移除晶片复合体900上的释放层310的残留物，并且可以将转移部分322的暴露的表面平坦化。
图3C示出包括在辅助层200上的转移部分322的晶片复合体900。转移部分322可以被用作为用于外延处理的籽晶层。例如，化学气相沉积处理可以沉积硅原子和碳原子，硅原子和碳原子以与转移层322的单晶晶格配准的方式沉积在籽晶层上。所沉积的硅原子和碳原子形成外延层324。
如在图3D中图示那样，转移层322和外延层324形成碳化硅结构320，其中可以形成用于多个相同的集成电路(例如功率半导体器件)的半导体管芯。在适当的处理阶段，激光辐照形成包括沿着焦平面105布置的修改区带155的分离区带160。
图3E示意性地图示形成在碳化硅结构320的至少一部分中的半导体管芯500和沿着分离区带160中的焦平面105布置的修改区带155。
辅助载体600可以被附接到碳化硅结构320的暴露的表面。例如，粘合剂层611可以机械地连接辅助载体600和碳化硅结构320。然后，可以通过施加适度的机械应力来将碳化硅结构320与处置衬底100分离开。如果适用的话，施加机械应力可以与例如通过冷却晶片复合体900和/或通过施加声波来局部地增加分离区带160中的机械应力的进一步的处理组合地进行。
图4A至图4E示出如下的方法：该方法通过在来自施主衬底的层转移之前为处置衬底100提供分离层120从而有助于进一步减小分离区带160的竖向延伸。
图4A示出替换的施主衬底400，其可以来自或者可以包括单晶碳化硅，或者其可以来自不同于单晶4H-SiC的另外的材料。例如，替换的施主衬底400可以由具有不同于4H-SiC的多型的单晶SiC形成，或者由具有相对高的晶体缺陷密度和/或具有相对高的不意图的杂质含量的单晶SiC形成。
轻离子可以被通过加工表面401注入到替换的施主衬底400中以形成释放层420。替换的施主衬底400被牢固地连接到包括主要部分110和分离层120的衬底结构190。
图4B示出被机械地连接(例如被接合)到衬底结构190的分离层120的暴露的表面的替换的施主衬底400。
衬底结构190的主要部分110可以是任意多型的单晶碳化硅。例如，主要部分110可以具有相对高的缺陷密度和/或高的不想要的杂质的含量。
分离层120可以是具有高熔点的层，例如，具有超过1800℃的熔点的层。分离层120可以是或者可以包括受到压缩应力的层。例如，分离层120可以是或者可以包括氮化硅层和/或轻掺杂的碳化硅层。
通过沿着释放层420分裂替换的施主衬底400来移除替换的施主衬底400的回收部分421。可以将剩余的转移部分422的暴露的表面平坦化。
图4C中的处置衬底100包括衬底结构190的主要部分110和分离层120以及由替换的施主衬底400的在分离层120上(例如直接在分离层120上)的平坦化的转移部分422形成的中间层130。中间层130的暴露的表面形成处置衬底100的主表面101。
在SiC施主衬底300中形成释放层320。SiC施主衬底300被通过辅助层200连接(例如接合)到处置衬底100的主表面101上。
图4D示出被通过辅助层200物理地连接到处置衬底100的SiC施主衬底300。
SiC施主衬底300的回收部分321可以被分裂开。剩余的转移部分322可以被平坦化。可以在平坦化的转移部分322之上(例如直接在平坦化的转移部分322上)形成外延层。外延层和转移部分322形成碳化硅结构320。半导体管芯500可以被形成在碳化硅结构320中。激光辐照在焦平面中形成修改区带155，其中焦平面105在处置衬底100的中间层130中。可以在将转移部分322转移到处置衬底100上之后的任何阶段形成修改区带155。
图4E示出形成在中间层130中的修改区带155。分离区带160的竖向延伸被约束于中间层130。可以通过沿着分离区带160进行分裂来将包括碳化硅结构320的外延晶片与处置衬底100分离开。
如图5中示出那样，分离层120限制微裂纹156向处置衬底100的主要部分110的方向的传播，并且防护主要部分110免受由激光辐照生成的裂纹和晶格缺陷。辅助层200限制微裂纹156向碳化硅结构320的方向的传播，并且防护碳化硅结构320免受由激光辐照生成的裂纹和晶格缺陷。微裂纹156的长度受中间层130的厚度约束。
图5中的分离区带160的竖向延伸v5可以显著小于图2B中的分离区带160的竖向延伸v5。

Claims (19)

1.一种制造碳化硅器件的方法，所述方法包括：
提供晶片复合体(900)，晶片复合体(900)包括处置衬底(100)、形成在处置衬底(100)的第一表面(101)上的辅助层(200)、和形成在辅助层(200)之上的碳化硅结构(320)；以及
使处置衬底(100)经受激光辐照，其中激光辐照沿着处置衬底(100)中的焦平面(105)修改晶体材料，其中焦平面(105)平行于第一主表面(101)，
其中，辅助层(200)被适配为阻止由激光辐照在处置衬底(100)中生成的微裂纹(156)的传播。
2.如前述权利要求所述的方法，进一步包括：
沿着焦平面(105)分裂晶片复合体(900)。
3.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，
处置衬底(100)的从处置衬底(100)的第一表面(101)延伸到焦平面(105)的部分包括单晶碳化硅。
4.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，
激光辐照沿着平行的激光扫描线(151)形成修改区带(155)，其中邻近的激光扫描线(151)具有中心到中心距离(d1)，并且其中焦平面(105)与辅助层(200)之间的距离(d2)在从中心到中心距离(d1)的3.2%至7.25%的范围内。
5.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，
辅助层(200)包括至少一个受到压缩应力的层。
6.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，
辅助层(200)具有高于1800℃的熔点。
7.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，
辅助层(200)包括单晶碳化硅，并且其中辅助层(200)中的平均掺杂剂浓度高于处置衬底(100)的沿着第一主表面(101)的至少一个层部分中的平均掺杂剂浓度。
8.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中提供晶片复合体(900)包括：
在处置衬底(100)的主表面(101)和碳化硅施主衬底(300)的加工表面(301)中的至少一个上形成辅助层(200)；以及
连接处置衬底(100)和碳化硅施主衬底(300)，其中辅助层(200)被布置在处置衬底(100)和碳化硅施主衬底(300)之间。
9.如前述权利要求所述的方法，进一步包括：
在连接之后，将碳化硅施主衬底(300)的回收部分(321)与碳化硅施主衬底(300)的转移部分(322)分离开，其中转移部分(322)形成碳化硅结构(320)的至少一部分。
10.如前述权利要求所述的方法，进一步包括：
在转移部分(322)上形成外延层(324)。
11.如前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中：
处置衬底(100)包括主要部分(110)、形成在主要部分(110)之上的分离层(120)、以及在分离层(120)之上的中间层(130)，并且其中激光调节的焦平面(105)在中间层(130)中。
12.如前述权利要求所述的方法，其中：
中间层(130)是通过来自碳化硅施主衬底(300)或来自替换的施主衬底(400)的层转移而形成的。
13.一种晶片复合体(900)，包括：
处置衬底(100)，其中处置衬底(100)包括嵌入在晶体碳化硅中的修改材料的修改区带(155)，其中修改区带(155)被形成在分离区带(160)中，并且其中分离区带(160)与处置衬底(100)的第一主表面(101)平行地延伸；
辅助层(200)，其被形成在处置衬底(100)的第一主表面(101)上，其中在处置衬底(100)中，微裂纹(156)从修改区带(155)延伸到辅助层(200)并且终止于辅助层(200)处；以及
碳化硅结构(320)，其被形成在辅助层(200)之上。
14.如前述权利要求所述的晶片复合体，其中
修改区带(155)被形成在具有中心到中心距离(d1)的激光扫描线(151)中，并且其中辅助层(200)与通过修改区带(155)的中心的焦平面(105)之间的距离(d2)在从中心到中心距离(d1)的3.2%至7.25%的范围内。
15.如前述两项权利要求中的任何一项所述的晶片复合体，其中
辅助层(200)包括至少一个受到压缩应力的层。
16.如前述三项权利要求中的任何一项所述的晶片复合体，其中
辅助层(200)具有高于1800℃的熔点。
17.如前述四项权利要求中的任何一项所述的晶片复合体，其中
碳化硅结构(320)包括外延层。
18.如前述五项权利要求中的任何一项所述的晶片复合体，其中
处置衬底(100)包括主要部分(110)、形成在主要部分(110)之上的分离层(120)、以及形成在分离层(120)之上的中间层(130)，并且其中修改区带(155)被形成在中间层(130)中。
19.如前述权利要求所述的晶片复合体，其中：
中间层(130)是单晶碳化硅层。
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