CN114843171A - 一种无定位边的SiC衬底加工及使用方法 - Google Patents

一种无定位边的SiC衬底加工及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种无定位边的SiC衬底加工方法，包括：对SiC晶体的外圆进行定向；晶体切割；切割取片：将切割片从切割底座中烤片，取出并标记切割片的头片或尾片的碳硅面，并将切割片清洗以去除表面残留的切削液；头、尾片定向：对SiC晶体的头、尾切割片进行定向，验证标记的切割片头片或尾片的[1‑100]、[11‑20]方向；非头尾片定向：将非头尾片与头片和/或尾片重叠放置，使其刀痕重合，然后沿晶片的偏轴方向进行定向，确定晶片的偏轴方向和极性面；碳/硅面标、晶向标记；将标记后的晶片进行后续工艺处理，得到无定位边的SiC衬底。本发明中制备的无定位边SiC衬底作为籽晶或基板生长SiC晶体或外延片时，能够有效降低晶体中微管、应力等缺陷，大幅度提高材料的质量。

Description

一种无定位边的SiC衬底加工及使用方法
技术领域
本发明属于单晶加工技术领域，尤其涉及一种无定位边的SiC衬底加工及使用方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的第三代半导体材料，具有耐高温、高热导率、高击穿压等优异的半导体性能，使得SiC基器件可在极端条件下进行工作。同时，SiC作为一种重要的衬底材料，可以进行外延生长氮化镓、石墨烯等。目前4H-SiC和6H-SiC等β-SiC衬底在大功率电力电子器件、微波射频器件和光电子器件有广泛应用。
SiC是一种IV族化合物半导体，其基本结构单元为SiC4或Si4C。由于C原子和Si原子的电负性不同，从而导致Si原子和C原子之间存在电荷转移，使其具有较强的离子性。因此SiC是一种典型的极性晶体，其(0001)面为极性面，Si原子在最外层的是Si面，C原子在最外层的是C面。Si面和C面的表面活化能不同，因此SiC衬底的极性面对SiC单晶生长和其他材料外延，都有重要影响。如：当采用SiC衬底作为籽晶生长SiC单晶时，采用C面生长的晶体一般为4H-SiC单晶，采用Si面生长的晶体一般为6H-SiC单晶。采用SiC热解法制备石墨烯时，Si面作为生长面，石墨烯形貌和层数均匀性更加可控。此外，在采用偏向SiC衬底进行SiC同质外延时，一般选用沿[11-20]偏轴向4°方向的衬底进行外延以获得高质量的外延层；当选用沿[1-100]偏轴向4°方向的衬底进行外延时容易出现3C-SiC夹杂相和堆垛层错，外延层形貌较差。因此如何准确标记SiC衬底的晶向、极性面对SiC衬底的应用具有重要意义。
目前本领域中，通常在SiC衬底上制作两个定位边(主定位边、副定位边)，以此来区分SiC衬底的晶向和极性面。该过程中，一般是需要将SiC晶体进行外圆磨至目标直径，然后采用定向仪对单晶的端面进行定向，找到SiC单晶的(1-100)和(11-20)晶面，并采用平面磨床磨削晶体的两个晶面，分别得到主定位边和副定位边。采用该方法时，存在3个问题：
(1)晶体端面磨削出定位边的过程时，晶体开裂几率较大；
(2)磨削后的晶体不再是完整的圆形，采用该类衬底作为籽晶时，生长的SiC单晶中会出现微管、应力集聚等缺陷，影响单晶质量；
(3)随着晶体直径增大，为了直观的区分主定位边和副定位边，两个定位边的长度也需要相应的增大，造成衬底可利用面积降低。
中国专利CN107991230B公布了一种辨别SiC晶片碳硅面的方法。该方法将生长得到的SiC晶锭进行平面磨、滚圆加工；对滚圆后的晶锭进行定向，确定基准轴方向为<11-20>方向；沿<11-20>方向加工非对称V型槽；晶锭加工制备成晶片；加工后的晶片其V型槽形成夹角θ，形成夹角θ的两条斜边分别设为a和b，且两条斜边的长度满足a≠b；以两条斜边a＜b还是两条斜边a＞b即可判断出所对应的晶片表面为碳面或是硅面。
然而采用此方法中，(1)仍需要对晶体进行V型槽加工，V型槽在加工过程中一般采用线切割，为点接触，使得此工序中晶体受到的机械应力较大，极易开裂；(2)晶体仍不是标准圆形，采用该方法获得衬底作为籽晶生长SiC单晶时，籽晶V型槽对应的单晶增值微管、应力等缺陷。
中国专利CN109037307A公开了一种SiC晶片及其定位边加工方法。该方法通过在SiC第一平口、第二平口两端与碳化硅晶片的边缘衔接处设有最佳半径范围的R角，能够降低该处的应力，并避免晶片运送、装箱时破裂，进而提升SiC晶片的加工良率与品质。
然而该方法中SiC衬底上仍存在两个定位边，定位边附近的应力并未得到实质性改善。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种无定位边的SiC衬底加工及使用方法，实现了对所有切割片的定向及碳硅面区分。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，公开了一种无定位边的SiC衬底加工及使用方法，包括：
滚圆：将生长得到的SiC晶体进行外圆磨加工，使SiC晶体外径加工到目标尺寸；
定向：对SiC晶体的外圆进行定向，确定出SiC晶体的[1-100]、[11-20]方向，并在SiC晶体外圆进行标记；
晶体切割：将SiC晶体按照设定方向粘接到切割底座上，将SiC晶体加工成切割片；
切割取片：将切割片从切割底座中烤片，取出并标记切割片的头片或尾片的碳硅面，并将切割片清洗以去除表面残留的切削液；
头、尾片定向：对SiC晶体的头、尾切割片进行定向，验证标记的切割片头片或尾片的[1-100]、[11-20]方向；
非头尾片定向：将非头尾片与头片和/或尾片重叠放置，使其刀痕重合，然后沿晶片的偏轴方向进行定向，确定晶片的偏轴方向和极性面；
碳/硅面标、晶向标记：对确定的晶向和碳/硅面进行标记；
衬底加工：将标记后的晶片进行后续工艺处理，得到无定位边的SiC衬底。
作为进一步的技术方案，进行外圆磨的SiC晶体为未进行磨平面的SiC晶体或进行过磨平面的SiC晶体。
作为进一步的技术方案，进行外圆磨的SiC晶体为偏轴向晶体，晶体硅面或碳面沿[11-20]或[1-100]偏离c轴，偏角为0.1～8°。
作为进一步的技术方案，采用定向仪确定晶体[1-100]和[11-20]，精度控制在±0.2°以内。
作为进一步的技术方案，将晶体粘接到切割底座时，在晶体原生面或/和籽晶面上标记[1-100]和[11-20]方向。
优选的，将晶体粘接到切割底座时，将[1-100]或[11-20]方向粘接在石墨底座对面；
通过调节切割机的进刀速度、供线速度、砂浆流量、摇摆角度参数，使得SiC切割片沿进刀方向具有非对称的粗糙度和刀痕；
进一步优选的，通过在切割总厚度的1/8～1/3处提高进刀速度，和/或减小供线速度，和/或减小砂浆流量，和/或减小摇摆角度，使得切割片部分区域的粗糙度增大、刀痕明显，在容易辨别切割片的进刀方向的同时，不明显影响切割片的切割质量；
将SiC晶体沿进刀方向切割成刀痕分布不均匀的切割片时，优先将SiC晶体加工成出刀点比进刀点粗糙、刀痕重的切割片。
作为进一步的技术方案，在将切割片从切割底座中烤下时，标记清楚晶片的碳面和/或硅面及特定的晶向；
根据本发明优选的，采用煤油溶剂超声清洗切割片上残留的切削液，然后用乙醇、自来水冲洗切割片；
作为进一步的技术方案，采用定向仪对切割头片、尾片进行定向，借助偏轴向晶体定向的非对称性，标记的晶向，并将偏轴方向的精确度控制在0.1°以内。
作为进一步的技术方案，将确定好方向的头片/尾片与非头尾片按照刀痕的印记，贴合到一块，然后采用定向仪对晶片进行定向，借助偏轴向晶体定向的非对称性，确定测试面为碳面或硅面，进而确定出切割片的两个方向。
作为进一步的技术方案，标识机器为激光打标机或刻蚀机；
在衬底的碳面或/和硅面进行标识，或在衬底的特定方向进行标识，标识内容为图形、文字或数字；
当衬底的硅面为生长面或外延面时，标记刻在衬底的碳面；
当衬底的碳面为生长面或外延面时，标记刻在衬底的硅面。
作为进一步的技术方案，采用双面研磨机和/或轮磨机减薄切割片。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1)本发明中的方法，巧妙地将晶体切割与偏轴向晶体定向、碳/硅面区分结合起来，把切割前对晶体端面的定向结果用于确定切割头片/尾片的晶向，进而确定切割片头片/尾片的晶向；通过充分利用现有切割技术出刀点处切割片粗糙、刀痕深的特点，或在不显著影响切割片质量的前提下，故意增大切割片部分区域粗糙度和刀痕的特点，将非头尾片切割片的刀痕与头尾片切割片的刀痕对应起来，借助偏轴向晶体晶向不对称的特点，实现了对所有切割片的定向及碳硅面区分；
2)本发明中的方法，无需对待切割晶体进行磨定位边处理，简化了晶体加工流程，降低了晶体加工过程中的开裂几率，在一定程度上降低了晶体加工成本，提高了晶体加工良率；
3)本发明中的方法，可以获得无定位边的圆片衬底，能够有效提高衬底的利用面积，降低相关器件制备成本；采用本发明制备的衬底生长SiC晶体，能够避免因定位边区域应力差、扩径差等导致的晶体中微管增值问题，有利于提高晶体应力；
4)采用本发明中获得的衬底制作SiC籽晶时，由于衬底为完整圆片，因此衬底与石墨纸等进行粘接、bonding时，石墨纸不会出现折痕或压痕，能够提高籽晶制作质量和良率；
5)本发明中的方法，切割片定向涉及的设备包括切割机、定向仪等，均为本领域常规设备，因此本方法简单实用，易于推广。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明中无定位边的SiC衬底加工及使用流程图。
图2为实施例2中切割片头片刀痕及晶向；其中2-1为标记的[11-20]方向，2-2为标记的[1-100]方向，2-3为切割片头片，2-4为切割片出刀口的刀痕；
图3为实施例2中切割片非头尾片刀痕及晶向测试结果。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
术语说明：
籽晶面：指晶体中包含籽晶的一面；
原生面：指晶体的生长面，一般该面不平整，存在生长条纹、小面等；
切割头片：指靠近或/和包含籽晶的第一片切割片，一般外围存在碳圈；
切割尾片：指靠近或/和包含自然面的第一片切割片，一般直径比目标直径偏小，存在“坡边”；
偏轴向SiC晶体：指晶体的表面法向与c轴不重合，沿[11-20]或[1-100]方向偏离c轴一定小角度。
根据现有技术中，标记SiC衬底存在V型槽或定位边等造成衬底应力聚集、利用面积变低等不足，本实施例子提供了一种无定位边的SiC衬底加工方法。
实施例1
附图1所示，本实施例公开了一种无定位边的SiC衬底加工及使用方法，包括：
1)滚圆：将生长得到的SiC晶体进行外圆磨加工，使SiC晶体外径加工到目标尺寸；
2)定向：采用定向仪对晶体的外圆进行定向，精确确定出晶体的[1-100]、[11-20]方向，并在晶体外圆进行标记；
3)晶体切割：将晶体按照特定方向进行粘接到切割底座上，采用多线切割机设定切割工艺参数，将SiC晶体加工成切割片；
4)切割取片：采用加热平台将切割片从切割底座中烤片，取出并标记切割片的头片或尾片的碳硅面，并将切割片清洗干净去除表面残留的切削液；
5)头、尾片定向：对SiC头、尾切割片进行定向，验证标记的切割片头片或尾片的[1-100]、[11-20]方向；
6)非头尾片定向：将非头尾片与头片和/或尾片重叠放置，使其刀痕重合，然后沿晶片的偏轴方向进行定向，确定晶片的偏轴方向和极性面；
7)碳/硅面标、晶向标记：采用标识机对确定的晶向和碳/硅面进行标记；
8)衬底加工：将进行标记后的晶片进行减薄、机械抛光、化学机械抛光、清洗、封装等工艺处理，得到无定位边的SiC衬底。
本实施例子的步骤1)中，进行外圆磨的SiC晶体其表面平整度不做严格要求；具体的，可以为生长后未进行磨平面的SiC晶体，目的是省略一步工序，降低晶体开裂几率、提高晶体加工效率。
本实施例子步骤1)中，进行外圆磨的SiC晶体为偏轴向晶体，晶体硅面或碳面沿[11-20]或[1-100]偏离c轴，偏角为0.1～8°。
由于目前外延所用的衬底偏角一般最大是8°，本公开实施例子的方法只能应用于偏向晶体，因此最小偏角规定了是0.1°。
本实施例子步骤2)中，确定晶体[1-100]和[11-20]时，需要采用定向仪保证定向的准确性，严格要求精度控制在±0.2°以内，此步骤的精度决定了后续切割片定向的精度。
本实施例子步骤3)中，将晶体粘接到切割底座时，在晶体原生面或/和籽晶面上标记[1-100]和[11-20]方向。
本实施例子步骤3)中，将晶体粘接到切割底座时，将[1-100]或[11-20]方向粘接在石墨底座对面或者是石墨底座的左右两侧，目的是为了避免晶体与石墨粘接对晶向标记的影响。
本实施例子步骤3)中，通过调节切割机的进刀速度、供线速度、砂浆流量、摇摆角度等参数，使得SiC切割片沿进刀方向具有明显非对称的粗糙度和刀痕，具体的，通过在切割总厚度的1/8～1/3处，通过提高进刀速度，和/或减小供线速度，和/或减小砂浆流量，和/或减小摇摆角度，使得切割片部分区域的粗糙度增大、刀痕明显，目的是为了在容易辨别切割片的进刀方向的同时，不明显影响切割片的质量。
本实施例子步骤3)中，将SiC晶体沿进刀方向切割成刀痕分布不均匀的切割片时，可以充分利用现有切割技术中切割片出刀点比进刀点粗糙度大、刀痕明显的特点，优先将SiC晶体加工成出刀点比进刀点粗糙、刀痕重的切割片。
本实施例子步骤4)中，在将切割片从切割底座中烤下时，需要标记清楚晶片的碳面和/或硅面及特定的晶向。
本实施例子步骤4)中，采用煤油等溶剂超声清洗切割片上残留的切削液，然后用乙醇、自来水等冲洗切割片。
本实施例子步骤5)中，采用定向仪对切割头片、尾片进行定向，借助偏轴向晶体定向的非对称性，验证步骤4)中标记的晶向，并将偏轴方向的精确度控制在0.1°以内。
本实施例子步骤6)中，将确定好方向的头片/尾片与非头尾片按照刀痕的印记，贴合到一块，然后采用定向仪对晶片进行定向，借助偏轴向晶体定向的非对称性，确定测试面为碳面或硅面，进而确定出切割片的两个方向。
本实施例子步骤7)中，标识机器可以为激光打标机、刻蚀机等。
本实施例子步骤7)中，可以在衬底的碳面或/和硅面进行标识，也可以在衬底的特定方向进行标识，标识内容可以为图形、文字或数字。
本实施例子步骤7)中，当衬底的硅面为生长面或外延面时，标记刻在衬底的碳面；当衬底的碳面为生长面或外延面时，标记刻在衬底的硅面。目的是最大程度降低标识对衬底质量的劣化。
本实施例子步骤8)中，切割片的减薄可以采用双面研磨机和/或轮磨机。
本实施例子技术方案中除特殊说明外，均采用现有技术。本实施例子的方法除能够制备无定位边的偏轴向SiC衬底外，对其他极性晶体(如氮化铝、氮化镓、砷化镓)，也可采用此方法区分晶向或极性面。
实施例2
本实施例的目的是提供一种无定位边的4H-SiC衬底加工及使用方法，具体包括操作步骤如下：
1)滚圆：将生长得到的硅面沿[11-20]方向偏轴向4°SiC晶体进行外圆磨加工，使4H-SiC晶体外径加工到150mm；
2)定向：采用定向仪对晶体的外圆进行定向，精确确定出晶体的<1-100>、[11-20]方向，并在晶体外圆用马克笔进行标记晶向，在晶体的籽晶面和原生面分别标记硅面、碳面；
3)晶体切割：将晶体标记的[11-20]方向竖直向上，然后将晶体粘接到石墨切割底座上，采用多线切割机设定切割工艺参数，在切割厚度的1/5处提高进刀速度至原来进刀速度的10％，将SiC晶体加工成刀痕非对称的切割片；
4)切割片取片：采用加热平台将切割片从切割底座中烤片，取出并标记切割片的头片或尾片的碳硅面，并将采用煤油超声、乙醇、自来水等清洗干净切割片表面残留的切削液；
5)头、尾片定向验证：对4H-SiC头、尾切割片进行定向，验证标记的切割片头片或尾片的[1-100]、[11-20]方向，控制[11-20]、[1-100]方向偏角在0.1°以内。以切割头片的硅面为例，如图2所示，OA为[11-20]方向，当定向仪的X光沿AO入射晶片时，此时衍射角度为21.8°；
6)非头尾片定向：将非头尾片与头片和/或尾片重叠放置，使其刀痕重合，然后采用定向仪沿非头尾片的偏轴方向(即图3中的A’O点)进行定向。若X光沿A’O入射晶片时，衍射角度为21.8°，说明OA’为[11-20]方向，此时定向的面为硅面，OC为[1-100]方向；若X光沿A’O入射晶片时，衍射角度为13.8°，说明OA’为[11-20]方向，此时晶片定向的面为碳面，OB为[1-100]方向。
7)碳/硅面标、晶向标记：采用激光打标机对衬底的硅面[1-100]方向边缘进行标记；
8)衬底加工：将进行标记后的晶片采用双面研磨、机械抛光、化学机械抛光、清洗、封装等工艺处理，得到无定位边的6英寸4H-SiC衬底。
采用上述方法制备的无定位边衬底作为籽晶，生长6英寸4H-SiC单晶。由于衬底中无定位边，且标记在硅面，而单晶生长采用碳面生长，因此获得的6英寸SiC单晶标记处不会增值微管、空洞、无明显应力，晶体实现了真正的零微管，质量较高，能够用于高压大功率器件的制备。
实施例3
一种无定位边的4H-SiC衬底加工及使用方法，具体包括操作步骤如下：
1)滚圆：将生长得到的硅面沿[11-20]方向偏轴向8°4H-SiC晶体进行外圆磨加工，使SiC晶体外径加工到200mm；
2)定向：采用定向仪对晶体的外圆进行定向，精确确定出晶体的[1-100]、[11-20]方向，并在晶体外圆用马克笔进行标记晶向，在晶体的籽晶面和原生面分别标记硅面、碳面；
3)晶体切割：将晶体标记的[11-20]方向竖直向上，然后将晶体粘接到石墨切割底座上，采用多线切割机设定切割工艺参数，在切割厚度的1/8处减少砂浆流量至原来砂浆流量的90％，将SiC晶体加工成刀痕非对称的切割片；
4)切割片取片：采用加热平台将切割片从切割底座中烤片，取出并标记切割片的头片或尾片的碳硅面，并将采用煤油超声、乙醇、自来水等清洗干净切割片表面残留的切削液；
5)头、尾片定向验证：对4H-SiC头、尾切割片进行定向，验证标记的切割片头片或尾片的[1-100]、[11-20]方向，控制[11-20]、[1-100]方向偏角在0.1°以内。以切割头片的硅面为例，如图2所示，OA为[11-20]方向，当定向仪的X光沿AO入射晶片时，此时衍射角度为25.8°；
6)非头尾片定向：将非头尾片与头片和/或尾片重叠放置，使其刀痕重合，然后采用定向仪沿非头尾片的偏轴方向(即图3中的A’O点)进行定向。若X光沿A’O入射晶片时，衍射角度为25.8°，说明OA’为[11-20]方向，此时定向的面为硅面，OC为[1-100]方向；若X光沿A’O入射晶片时，衍射角度为9.8°，说明OA’为[11-20]方向，此时晶片定向的面为碳面，OB为[1-100]方向。
7)碳/硅面标、晶向标记：采用激光打标机对衬底的碳面[11-20]方向进行标记；
8)衬底加工：将进行标记后的晶片进行减薄、机械抛光、化学机械抛光、清洗、封装等工艺处理，得到无定位边的8英寸4H-SiC衬底。
采用上述方法制备的无定位边衬底作为同质外延的基板，生长8英寸4H-SiC外延片。由于衬底中无定位边，且标记在碳面，而外延片生长采用硅面生长，因此获得的8英寸4H-SiC外延片标记处无增值微管、空洞、无明显应力，外延片在8英寸的面积内形貌规则，无多型包裹、三角形缺陷等，能够用于高可靠性高压大功率电力电子器件的制备。此外，由于衬底中无定位边或者notch，导致衬底的利用面积大大提高，在一定程度上降低了相关器件的制备成本。
实施例4
一种无定位边的6H-SiC衬底加工及使用方法，具体包括操作步骤如下：
1)滚圆：将生长得到的硅面沿[1-100]方向偏轴向0.1°6H-SiC晶体进行外圆磨加工，使6H-SiC晶体外径加工到50.8mm；
2)定向：采用定向仪对晶体的外圆进行定向，精确确定出晶体的[1-100]、[11-20]方向，并在晶体外圆用马克笔进行标记晶向，在晶体的籽晶面和原生面分别标记硅面、碳面；
3)晶体切割：将晶体标记的[1-100]方向竖直向上，然后将晶体粘接到石墨切割底座上，采用多线切割机设定切割工艺参数，在切割厚度的1/3处减少供线速度至原来供线速度的80％，将6H-SiC晶体加工成刀痕非对称的切割片；
4)切割片取片：采用加热平台将切割片从切割底座中烤片，取出并标记切割片的头片或尾片的碳硅面，并将采用煤油超声、乙醇、自来水等清洗干净切割片表面残留的切削液；
5)头、尾片定向验证：对6H-SiC头、尾切割片进行定向，验证标记的切割片头片或尾片的[1-100]、[11-20]方向，控制[11-20]、[1-100]方向偏角在0.1°以内。以切割尾片的碳面为例，如图2所示，OA为[1-100]方向，当定向仪的X光沿AO入射晶片时，此时衍射角度为17.9°；
6)非头尾片定向：将非头尾片与头片和/或尾片重叠放置，使其刀痕重合，然后采用定向仪沿非头尾片的偏轴方向(即图3中的A’O点)进行定向。若X光沿A’O入射晶片时，衍射角度为17.9°，说明OA’为[1-100]方向，此时定向的面为碳面，OC为[11-20]方向；若X光沿A’O入射晶片时，衍射角度为17.7°，说明OA’为[1-100]方向，此时晶片定向的面为硅面，OB为[11-20]方向；
7)碳/硅面标、晶向标记：采用刻蚀机对确定的晶向碳面进行标记；
8)衬底加工：将进行标记后的晶片进行轮磨减薄、机械抛光、化学机械抛光、清洗、封装等工艺处理，得到无定位边的2英寸6H-SiC衬底。
采用上述方法制备的无定位边衬底作为籽晶，生长2英寸6H-SiC单晶。由于衬底中无定位边，且标记在碳面，而6H-SiC单晶生长采用硅面生长，因此获得的2英寸6H-SiC单晶标记处无微管、空洞、无明显应力，晶体实现了真正的零微管，质量较高，能够用于高压大功率器件的制备。
对比例1
与实施例2不同，首先将晶体进行平面磨处理，然后将生长得到的硅面沿[11-20]方向偏轴向4°4H-SiC晶体进行外圆磨加工，使4H-SiC晶体外径加工到150mm，然后对晶体端面进行[11-20]、[1-100]定向，并按照本领域现有的加工技术，在晶体的端面进行磨削两个定位边，然后对晶体进行切磨抛处理，并在衬底的碳面进行标记处理，最后对衬底进行清洗封装，得到有2个定位边的6英寸SiC衬底。
采用上述方法制备的无定位边衬底作为籽晶，生长6英寸4H-SiC单晶。由于衬底中存在两个定位边导致籽晶不是完整的圆形，因此单晶生长过程中，在定位边附近生长出的单晶会产生微管增值、存在明显的应力集聚条纹。同时由于在SiC衬底的碳面进行标记，而4H-SiC单晶生长采用碳面生长，在标记处会使得生长的晶体中产生空洞、微管等缺陷。因此采用该衬底生长获得的6英寸SiC单晶中存在微管增值、空洞增值、应力集聚等问题，严重劣化了晶体的质量。采用该衬底制备的高压大功率器件存在高压击穿、器件可靠性差等问题。
对比例2
与实施例3不同，首先将晶体进行平面磨处理，然后将生长得到的硅面沿[11-20]方向偏轴向4°4H-SiC晶体进行外圆磨加工，使SiC晶体外径加工到150mm，然后对晶体端面进行[11-20]、[1-100]定向，并按照本领域现有的加工技术，在晶体的端面进行磨削两个定位边或者进行做notch处理，最后对晶体进行切磨抛处理，并在衬底的碳面进行标记处理，然后对衬底进行清洗封装，得到有2个定位边或notch的8英寸4H-SiC衬底。
采用上述方法制备的8英寸SiC衬底作为同质外延的基板，生长8英寸4H-SiC外延片。由于衬底中存在2个无定位边或者notch，导致获得的8英寸SiC外延片在定位边或notch附件的形貌较差，甚至出现三角形缺陷等，外延片质量整体不高。此外，在后续的器件制备过程中，由于衬底存在定位边或notch，导致衬底的可利用面积下降，进而导致器件可靠性差、成本高。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，包括：
滚圆：将生长得到的SiC晶体进行外圆磨加工，使SiC晶体外径加工到目标尺寸；
定向：对SiC晶体的外圆进行定向，确定出SiC晶体的[1-100]、[11-20]方向，并在SiC晶体外圆进行标记；
晶体切割：将SiC晶体按照设定方向粘接到切割底座上，将SiC晶体加工成切割片；
切割取片：将切割片从切割底座中烤片，取出并标记切割片的头片或尾片的碳硅面，并将切割片清洗以去除表面残留的切削液；
头、尾片定向：对SiC晶体的头、尾切割片进行定向，验证标记的切割片头片或尾片的[1-100]、[11-20]方向；
非头尾片定向：将非头尾片与头片和/或尾片重叠放置，使其刀痕重合，然后沿晶片的偏轴方向进行定向，确定晶片的偏轴方向和极性面；
碳/硅面标、晶向标记：对确定的晶向和碳/硅面进行标记；
衬底加工：将标记后的晶片进行后续工艺处理，得到无定位边的SiC衬底。
2.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，进行外圆磨的SiC晶体为未进行磨平面的SiC晶体或进行磨平面的SiC晶体；
优选的，进行外圆磨的SiC晶体为偏轴向晶体，晶体硅面或碳面沿[11-20]或[1-100]偏离c轴，偏角为0.1～8°；
优选的，采用定向仪确定晶体[1-100]和[11-20]，精度控制在±0.2°以内。
3.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，将晶体粘接到切割底座时，在晶体原生面或/和籽晶面上标记[1-100]和[11-20]方向；
优选的，将晶体粘接到切割底座时，将[1-100]或[11-20]方向粘接在石墨底座对面；
优选的，通过调节切割机的进刀速度、供线速度、砂浆流量、摇摆角度参数，使得SiC切割片沿进刀方向具有非对称的粗糙度和刀痕；
进一步优选的，通过在切割总厚度的1/8～1/3处提高进刀速度，和/或减小供线速度，和/或减小砂浆流量，和/或减小摇摆角度，使得切割片部分区域的粗糙度增大、刀痕明显，在容易辨别切割片的进刀方向的同时，不明显影响切割片的质量；
优选的，将SiC晶体沿进刀方向切割成刀痕分布不均匀的切割片时，优先将SiC晶体加工成出刀点比进刀点粗糙、刀痕重的切割片。
4.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，在将切割片从切割底座中烤下时，标记清楚晶片的碳面和/或硅面及特定的晶向。
5.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，采用煤油溶剂超声清洗切割片上残留的切削液，然后用乙醇、自来水冲洗切割片。
6.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，采用定向仪对切割头片、尾片进行定向，借助偏轴向晶体定向的非对称性，标记的晶向，并将偏轴方向的精确度控制在0.1°以内。
7.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，将确定好方向的头片/尾片与非头尾片按照刀痕的印记，贴合到一块，然后采用定向仪对晶片进行定向，借助偏轴向晶体定向的非对称性，确定测试面为碳面或硅面，进而确定出切割片的两个方向。
8.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，标识机器为激光打标机或刻蚀机；
优选的，在衬底的碳面或/和硅面进行标识，或在衬底的特定方向进行标识，标识内容为图形、文字或数字；
优选的，当衬底的硅面为生长面或外延面时，标记刻在衬底的碳面；
优选的，当衬底的碳面为生长面或外延面时，标记刻在衬底的硅面。
9.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，采用双面研磨机、轮磨机减薄切割片。
10.如权利要求1所述的一种无定位边的SiC衬底加工方法，其特征是，所述方法加工得到2英寸以上的SiC衬底片。
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