DE102019003331A1

DE102019003331A1 - Halbleitersubstrat-herstellungssysteme und verwandte verfahren

Info

Publication number: DE102019003331A1
Application number: DE102019003331.0A
Authority: DE
Inventors: Michael J. Seddon
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2019-12-05
Also published as: CN110552068A; US10468304B1; US20200020586A1; US10770351B2

Abstract

Implementierungen eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab, der Halbleitermaterial einschließt, können einschließen: Erzeugen einer Schadensschicht in einem Stab, der Halbleitermaterial umfasst. Der Stab kann ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Das Verfahren kann ein Kühlen des ersten Endes des Stabs und ein Erwärmen des zweiten Endes des Stabs einschließen. Ein Wärmegradient kann zwischen dem gekühlten ersten Ende und dem erwärmten zweiten Ende gebildet werden. Der Wärmegradient kann einem Siliciumcarbidwafer helfen, sich an der Schadensschicht von dem Stab zu trennen.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Gesichtspunkte dieses Dokuments beziehen sich allgemein auf Verfahren zum Bilden von Halbleitersubstraten von einem Stab.
Hintergrund
Halbleitersubstrate können durch Trennung von einem größeren Abschnitt eines Halbleitermaterials (eines Stabs) gebildet werden, der unter Verwendung verschiedener Verarbeitungstechniken gebildet wird. Bei manchen Bildungstechniken ist der Stab so ausgebildet, dass er durchgehend eine einheitliche Kristallstruktur (Einkristall) aufweist, wodurch sichergestellt wird, dass alle aus dem Stab gebildeten Halbleitersubstrate die gleiche kristalline Struktur aufweisen.
KURZDARSTELLUNG
Implementierungen eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab, der Halbleitermaterial einschließt, können einschließen: Erzeugen einer Schadensschicht in einem Stabhalbleitermaterial mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Das Verfahren kann ein Kühlen des ersten Endes des Stabs und ein Erwärmen des zweiten Endes des Stabs einschließen. Ein Wärmegradient kann zwischen dem gekühlten ersten Ende und dem erwärmten zweiten Ende des Stabs gebildet werden und kann einem Siliciumcarbidwafer helfen, sich an der Schadensschicht von dem Stab zu trennen.
Implementierungen eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid können eines, alles oder beliebiges des Folgenden einschließen:

Die Schadensschicht kann durch Laserbestrahlung erzeugt werden.

Das Kühlen des ersten Endes des Stabs und das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann gleichzeitig erfolgen. Das zweite Ende des Stabs kann durch In-Kontakt-Bringen mit einem Heizspannfutter erwärmt werden.
Das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ein Anlegen von Wärmeimpulsen unter Verwendung eines Heizspannfutters einschließen.
Das Kühlen des ersten Endes des Stabs kann ferner ein In-Kontakt-Bringen des ersten Endes des Stabs mit flüssigem Stickstoff einschließen. Das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ferner ein Aufbringen einer heißen Flüssigkeit auf das zweite Ende des Stabs einschließen.
Das Kühlen des ersten Endes des Stabs kann ferner ein In-Kontakt-Bringen des ersten Endes des Stabs mit flüssigem Stickstoff einschließen, und das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ferner ein schnelles Eintauchen des zweiten Endes des Stabs in eine heiße Flüssigkeit einschließen.
Das Verfahren kann auch ein Platzieren der zweiten Seite des Stabs auf ein Heizspannfutter und Abziehen, Abstemmen oder Verdrehen des ersten Endes des Stabs mit einem Griff unter Anwenden von Wärme auf die zweite Seite des Stabs einschließen.
Implementierungen eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid können einschließen: Erzeugen einer Schadensschicht in einem Stab aus Siliciumcarbid mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Das Verfahren kann auch ein Aufbringen eines Materials auf das zweite Ende des Stabs und ein Kühlen des ersten Endes des Stabs einschließen. Das Verfahren kann ein Erwärmen des Materials am zweiten Ende des Stabs einschließen. Ein Wärmegradient kann durch Erwärmen des zweiten Endes des Stabs und Kühlen des ersten Endes des Stabs bewirkt werden. Der Wärmegradient kann einem Siliciumcarbidwafer helfen, sich an der Schadensschicht von dem Stab zu trennen.
Implementierungen eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid können eines, alles oder beliebiges des Folgenden einschließen:

Die Schadensschicht kann durch Laserbestrahlung erzeugt werden.

Das Material kann eine Wärmeleitung zum zweiten Ende des Stabs erhöhen.
Das Kühlen des ersten Endes des Stabs und das Erwärmen des Materials am zweiten Ende des Stabs kann gleichzeitig erfolgen, und das Material am zweiten Ende des Stabs kann durch In-Kontakt-Bringen mit einem Heizspannfutter und schnelles Erwärmen erwärmt werden.
Das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ein Anlegen von Wärmeimpulsen durch ein Heizspannfutter einschließen.
Das Kühlen des ersten Endes des Stabs kann ferner ein In-Kontakt-Bringen des ersten Endes des Stabs mit flüssigem Stickstoff einschließen, und das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ferner ein Aufbringen einer heißen Flüssigkeit auf das zweite Ende des Stabs einschließen.
Das Kühlen des ersten Endes des Stabs kann ferner ein In-Kontakt-Bringen des ersten Endes des Stabs mit flüssigem Stickstoff einschließen, und das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ferner ein schnelles Eintauchen des zweiten Endes des Stabs in eine heiße Flüssigkeit einschließen.
Das Verfahren kann ferner ein Platzieren der zweiten Seite des Stabs auf ein Heizspannfutter und Abziehen, Abstemmen oder Abdrehen des ersten Endes des Stabs mit einem Griff unter Anwenden von Wärme auf die zweite Seite des Stabs einschließen.
Implementierungen eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid können einschließen: Erzeugen einer Schadensschicht in einem Stab aus Siliciumcarbid. Der Stab kann ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Das Verfahren kann ein Kühlen des ersten Endes des Stabs durch In-Kontakt-Bringen mit flüssigem Stickstoff und Erwärmen des zweiten Endes des Stabs einschließen. Das Verfahren kann ein Erzeugen eines Wärmegradienten zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Stabs durch das gleichzeitige Erwärmen des ersten Endes des Stabs und Kühlen des zweiten Endes des Stabs einschließen. Das Verfahren kann ein mechanisches Trennen eines Siliciumcarbidwafers von dem Stab an der Schadensschicht einschließen.
Implementierungen eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid können eines, alles oder beliebiges des Folgenden einschließen:

Das zweite Ende des Stabs kann mit einem Heizspannfutter in Kontakt gebracht und schnell erwärmt werden.

Das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ferner ein Anlegen von Wärmeimpulsen durch ein Heizspannfutter einschließen.
Das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ferner ein Aufbringen einer heißen Flüssigkeit auf das zweite Ende des Stabs einschließen.
Das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs kann ferner ein Eintauchen des zweiten Endes des Stabs in eine heiße Flüssigkeit einschließen.
Die vorstehenden und weitere Gesichtspunkte, Merkmale und Vorteile sind für den Fachmann aus der BESCHREIBUNG und den ZEICHNUNGEN sowie aus den ANSPRÜCHEN ersichtlich.
Figurenliste
Hierin nachstehend werden Implementierungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und:

1 eine Seitenansicht einer Implementierung eines Verfahrens zum Bilden einer Schadensschicht in einem Stab aus Siliciumcarbid ist;
2 eine Draufsicht einer Implementierung eines Verfahrens zum Bilden einer Schadensschicht in einem Stab aus Siliciumcarbid ist;
3 eine perspektivische Seitenansicht einer Implementierung eines Systems zum Kühlen eines ersten Endes eines Stabs und zum Erwärmen eines zweiten Endes eines Stabs ist;
4 eine Seitenperspektive einer Implementierung eines Systems zum Kühlen eines ersten Endes eines Wafers und zum Erwärmen eines zweiten Endes eines Wafers ist;
5 eine perspektivische Seitenansicht einer Implementierung eines Materials ist, das mit einem zweiten Ende eines Stabs gekoppelt ist;
6 eine perspektivische Seitenansicht einer Implementierung eines Systems zum Gießen von flüssigem Stickstoff auf ein erstes Ende eines Stabs ist;
7 eine seitliche perspektivische Durchsicht einer Implementierung eines Stabs ist, der in eine Flüssigkeit eingetaucht ist; und
8 eine perspektivische Seitenansicht einer Implementierung eines Griffs zum Abdrehen einer oberen Oberfläche eines Stabs aus Siliciumcarbid mit einer Schadensschicht darin ist.

BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung, ihre Gesichtspunkte und Implementierungen sind nicht auf die hierin offenbarten speziellen Komponenten, Montageprozeduren oder Verfahrenselemente beschränkt. Viele weitere im Stand der Technik bekannte Komponenten, Montageprozeduren und/oder Verfahrenselemente, die mit der beabsichtigten Optimierung von Halbleitersubstrat-Herstellungssystemen vereinbar sind, und verwandte Verfahren gehen aus dieser Offenbarung zur Verwendung mit besonderen Implementierungen hervor. Dementsprechend können zum Beispiel, obwohl besondere Implementierungen offenbart sind, solche Implementierungen und implementierenden Komponenten beliebige Formen, Größen, Bauarten, Typen, Modelle, Versionen, Abmessungen, Konzentrationen, Materialien, Mengen, Verfahrenselemente, Schritte und/oder dergleichen, wie sie im Stand der Technik für eine solche Optimierung von Halbleitersubstrat-Herstellungssystemen und Verfahren bekannt sind, und implementierende Komponenten und Verfahren, die mit dem angestrebten Betrieb und den angestrebten Verfahren vereinbar sind, umfassen.
Einkristallsiliciumcarbid ist ein Halbleitermaterial mit großem Bandabstand mit physikalischen und chemischen Eigenschaften, die für Hochleistungsmikrowellen-, temperaturtolerante und strahlungsbeständige Verwendungen gut geeignet sind. Siliciumcarbid weist eine kritische elektrische Felddurchbruchfestigkeit auf, die ungefähr zehnmal größer ist als der elektrische Felddurchbruch von Silicium.
Siliciumcarbid weist auch eine zu Galliumnitrid ähnliche Hochfeldelektronengeschwindigkeit auf. Auch zeigt Siliciumcarbid eine thermische Leitfähigkeit ähnlich Kupfer, die höher ist als sowohl die von Silicium als auch Galliumarsenid. Diese Eigenschaft macht Siliciumcarbid zu einem hervorragenden Material für bestimmte halbleiterbasierte Vorrichtungen, wie beispielsweise monolithische integrierte Mikrowellenschaltungen (monolithic microwave integrated circuits (MMIC)), Feldeffekttransistoren (FET) und andere Leistungsvorrichtungen.
Siliciumcarbid zur Verwendung in Halbleitervorrichtungen wird oft als ein großer Einkristall hergestellt. Siliciumcarbid ist aus gleichen Teilen Silicium und Kohlenstoff durch kovalente Bindung gebildet. Dieser Prozess führt zu einer stark geordneten Konfiguration, die äußerst hart ist. Die Härte von Siliciumcarbid macht es teuer, Wafer/Substrate aus einem Siliciumcarbidstab oder -barren zu schneiden und abzudünnen, da die Sägen, die zum Schneiden von Siliciumcarbid verwendet werden, schnell verschleißen. Das Schneiden eines Siliciumcarbidstabs unter Verwendung eines Laserbeschädigungsprozesses kann die Effizienz des Herstellens von Wafern aus Siliciumcarbid erhöhen. Die Laser werden verwendet, um Schadensschichten unterhalb einer Oberfläche des Stabs zu erzeugen, um einen Wafer aus Siliciumcarbid zu entfernen. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens, das durch Laser induzierte Schäden verwendet, ist das unter der Handelsbezeichnung KABRA von der DISCO Corporation, Tokio, Japan, vertriebene Verfahren.
Wärmegradienten können auf einen Siliciumkohlestab angewandt werden, um eine Beanspruchung zu erzeugen oder um eine eingebettete Schadensschicht in dem Stab zu schocken. Die Beanspruchung auf der eingebetteten Schadensschicht kann einen Riss durch das Material der Schadensschicht erzeugen oder ausbreiten, was beim Entfernen eines Wafers von dem Stab helfen kann. Der obere Abschnitt des Stabs, einschließlich der Schadensschicht, kann dann von dem Rest des Stabs als ein Substrat getrennt werden. Nach der Wärmebehandlung kann der obere Abschnitt mechanisch entfernt werden oder er kann sich rein durch thermische Kräfte trennen, die durch den Druck der Temperaturänderung in dem Stab verursacht werden.
Wenn der Stab durch Entfernung von Substraten bis zu dem Punkt abgedünnt wurde, wo nur wenige Substrate in ihm verbleiben, kann der Abschluss des Trennungsprozesses sehr schwierig sein, da es schwierig sein kann, einen signifikanten Wärmegradienten zwischen einer ersten Seite des Stabs und einer zweiten Seite des Stabs zu erzeugen. Am Ende des Stabs sind die Beanspruchungen, die verwendet werden, um einen Riss durch die Schadensschicht zu erzeugen und auszubreiten, möglicherweise nicht ausreichend, um einen Wafer von dem Stab zu trennen, wenn der Stab zu dünn ist. Daher bleibt der untere Abschnitt oder das Ende des Stabs unbrauchbar, obwohl mehrere weitere Substrate aus dem Material am Ende des Stabs gebildet werden könnten. Verschiedene Verfahren zum Verbessern des Wärmegradienten zwischen dem ersten Ende des Stabs und dem zweiten Ende des Stabs können dabei helfen, die Anzahl der Wafer zu optimieren/zu erhöhen, die aus einem Stab vereinzelt werden können.
Eine breite Vielfalt von Halbleitersubstrattypen existiert und wird in dem Prozess zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen verwendet. Nicht einschränkende Beispiele von Halbleitersubstraten, die unter Verwendung der in diesem Dokument offenbarten Grundsätze verarbeitet werden können, schließen einkristallines Silicium, Siliciumdioxid, Glas, Silicium auf Isolator, Galliumarsenid, Saphir, Rubin, Siliciumcarbid, polykristalline oder amorphe Formen von jedem der vorstehenden und jeden anderen Substrattyp ein, der zum Aufbauen von Halbleitervorrichtungen nützlich ist. Besondere hierin offenbarte Implementierungen können Siliciumcarbid-Halbleitersubstrate (Siliciumcarbidsubstrate) jedes Polytyps verwenden. In diesem Dokument wird der Begriff „Wafer“ auch zusammen mit „Substrat“ verwendet, da ein Wafer ein üblicher Typ von Substrat ist, jedoch nicht als ein ausschließlicher Begriff, der verwendet wird, um auf alle Halbleitersubstrattypen Bezug zu nehmen. Die verschiedenen Halbleitersubstrattypen, die in diesem Dokument offenbart sind, können als nicht einschränkendes Beispiel rund, abgerundet, quadratisch, rechteckig oder jede andere geschlossene Form in verschiedenen Implementierungen sein. Jede der in diesem Dokument offenbarten System- und/oder Verfahrensimplementierungen kann mit jedem der in diesem Dokument offenbarten Halbleitersubstrattypen verwendet werden.
Bezugnehmend auf 1 ist ein Abschnitt eines Halbleiterstabs 2 veranschaulicht, der eine Schadensschicht 4 enthält. Wie veranschaulicht, bestrahlt ein Laserstrahl 6 die erste Oberfläche 8 des Halbleiterstabs. Ein Brennpunkt 10 des Laserstrahls 6 wird derart eingestellt, dass er sich in dem Halbleitersubstrat unterhalb der ersten Oberfläche 8 befindet. Die Wellenlänge des Laserlichts 6, das verwendet wird, um die erste Oberfläche 8 zu bestrahlen, ist eine, für die das Material des bestimmten Halbleitersubstrats mindestens teilweise optisch durchlässig ist, ob transluzent oder transparent. Der Brennpunkt 10 erzeugt einen Schadensbereich 4 in dem Stab bei und um den Brennpunkt 10. Der Grad des Schadens wird durch viele Faktoren bestimmt, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, die Leistung des Laserlichts, die Dauer der Belichtung des Materials, die Absorption des Materials des Substrats, die kristallographische Orientierung des Substratmaterials relativ zu der Richtung des Laserlichts, die atomare Struktur des Substrats und jeden anderen Faktor zum Regulieren der Extinktion der Lichtenergie und/oder der Übertragung des induzierten Schadens oder Wärme in das Substrat.
Der in 1 veranschaulichte Abschnitt des Stabs 2 ist ein Siliciumcarbid(SiC)-Substrat, und so kann die Laserlichtwellenlänge, die eingesetzt werden kann, eine beliebige sein, die zum Übertragen in das SiC-Substratmaterial fähig ist. Bei bestimmten Implementierungen kann die Wellenlänge 1064 nm sein. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Laserlichtquelle ein gepulster Nd:YAG-Laser oder ein gepulster YVO4-Laser sein. Bei einer Implementierung, bei der ein Nd:YAG-Laser verwendet wird, können eine Punktgröße von 10 Mikrometern und eine durchschnittliche Leistung von 3,2 W zusammen mit einer Wiederholfrequenz von 80 kHz, einer Pulsbreite von 4 ns und einer numerischen Apertur (NA) der Fokussierlinse von 0,45 verwendet werden. Bei einer anderen Implementierung kann ein Nd:YAG-Laser mit einer Wiederholfrequenz von 400 kHz, einer durchschnittlichen Leistung von 16 W, einer Pulsbreite von 4 ns, einem Punktdurchmesser von 10 Mikrometern und einer NA von 0,45 verwendet werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Leistung des Lasers von etwa 2 W bis etwa 4,5 W variiert werden. Bei anderen Implementierungen kann jedoch die Laserleistung weniger als 2 W oder mehr als 4,5 W sein.
Wie veranschaulicht, bildet der Brennpunkt 10 des Laserlichts eine Stelle eines schnellen Aufheizens und kann zu einem vollständigen oder teilweisen Schmelzen des Materials am Brennpunkt 10 führen. Der Punkt des schnellen Erwärmens und die resultierende Beanspruchung der hexagonalen Einkristall-Struktur des SiC-Substrats führen zu einer Rissbildung des Substratmaterials entlang einer c-Ebene des Substrats. Abhängig von der Art des SiC-Einkristalls, das verwendet wird, um den Stab herzustellen, kann die c-Ebene in einem Schrägwinkel zur zweiten Oberfläche von etwa 1 Grad bis etwa 6 Grad ausgerichtet sein. Bei verschiedenen Implementierungen wird dieser Winkel zu dem Zeitpunkt bestimmt, zu dem der Stab hergestellt wird. Bei bestimmten Implementierungen kann der Schrägwinkel etwa 4 Grad betragen.
Während des Betriebs wird der Laser im gepulsten Betrieb betrieben, um zahlreiche überlappenden Stellen von gepulstem Licht zu erzeugen, während er über die Oberfläche des Substrats fährt. Infolgedessen wird eine kontinuierliche/halbkontinuierliche Schicht/ein Band aus modifiziertem Material innerhalb des Wafers gebildet. Bei anderen Implementierungen kann der Laser in einem Dauerstrichmodus anstatt in einem gepulsten Modus betrieben werden, um das Band modifizierten Materials zu erzeugen. Wie veranschaulicht, verursacht die durch den Brennpunkt 12 bewirkte Beanspruchung eine Rissbildung entlang der c-Ebene in dem Material des SiC-Substrats 2 in einer oder beiden Richtungen entlang der c-Ebene oder in beiden Richtungen. Diese Risse sind als sich von dem Bereich des Brennpunkts 10 (wo die modifizierte Schicht/das modifizierte Band angeordnet ist) in dem Schrägwinkel in 1 abgewinkelt ausbreitend veranschaulicht. Bei verschiedenen Implementierungen können die Risse abhängig von den Eigenschaften des Lasers und dem Anwendungsverfahren des Lasers auf das Material unter dem Brennpunkt 10, über dem Brennpunkt 10 oder direkt von dem Brennpunkt 10 verteilt sein. Bei verschiedenen Implementierungen ist die Länge der Risse in das Substrat eine Funktion der Leistung des aufgebrachten Lasers. Als ein nicht einschränkendes Beispiel wurde die Tiefe des Brennpunkts bei 500 um in das Substrat eingestellt; wenn die Laserleistung 3,2 W betrug, lag die Rissausbreitung von der/dem modifizierten Schicht/Band bei etwa 250 um; wenn die Laserleistung 2 W betrug, lagen die Risslängen bei etwa 100 um; wenn die Laserleistung auf 4,5 W eingestellt war, lagen die Risslängen bei etwa 350 um.
Wie in 2 veranschaulicht, kann der Stab 2 unter dem Laserstrahl 6 schrittweise verfahren werden (oder der Laserstrahl 6 kann über dem Stab 2 schrittweise verfahren werden, oder beide können zusammen schrittweise verfahren werden), um eine Vielzahl von beabstandeten Stellen 12 zu produzieren, wo ein Schaden in das Substrat induziert wurde. Die Breite zwischen der Vielzahl von beabstandeten Stellen kann eine Funktion der Risslängen in das Material des Wafers und/oder der Menge an Schadensschicht sein, die gebildet wird, wenn ein Wafer anfänglich abgetastet wird. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Breite zwischen ungefähr der Länge der Risse in den Wafer und ungefähr dem Doppelten der Länge der Risse in den Wafer eingestellt werden. In Situationen, in denen die Schadensschicht anfänglich während des Abtastens über den Wafer auf einer Seite des Wafers gebildet wird, kann die Breite zwischen den beabstandeten Stellen anfänglich verringert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Breite anfänglich auf 200 um eingestellt werden, bis die Risse beginnen, sich von der modifizierten Schicht zu verbreiten, wobei an diesem Punkt die Breite (Verfahrbetrag) auf 400 um eingestellt werden kann. Die Vorschubgeschwindigkeit des Wafers unter dem Laser (oder des Lasers über dem Wafers) kann, als ein nicht einschränkendes Beispiel, 400 mm/Sekunde betragen, obwohl kleinere oder größere Vorschubgeschwindigkeiten in verschiedenen Implementierungen verwendet werden können.
Obwohl eine Vielzahl von beabstandeten Stellen 12 veranschaulicht sind, wird bei verschiedenen Implementierungen der Laserstrahl 6 möglicherweise nicht in einer schrittweise verfahrenden Weise aufgebracht werden, sondern kann auf kontinuierliche oder im Wesentlichen kontinuierliche Weise auf das Material des Substrats aufgebracht werden, um kontinuierliche oder im Wesentlichen kontinuierliche Zonen/Bereiche eines Schadens in dem Substrat zu erzeugen. Diese Schadensbereiche können eine entsprechende kontinuierliche Rissbildung oder diskontinuierliche Rissbildung des Substratmaterials einschließen. Die Vielzahl von beabstandeten Stellen 12 oder die kontinuierlichen Linien/Bereiche, die durch die Laserbestrahlung beeinflusst werden, bilden eine Schadensschicht innerhalb des Halbleitersubstrats, nachdem der Laser das schrittweise Verfahren/Durchlaufen des Halbleitersubstratmaterials abgeschlossen hat.
Bezugnehmend auf 2 ist ein Diagramm eines Siliciumcarbidwafers 14 mit einem alternierenden Einfachdurchlauf-Laserbestrahlungsweg 16 (Einfachdurchlaufweg) veranschaulicht. Diese Figur wird verwendet, um ein anderes Verfahren zum Herstellen eines Wafers zum Vereinzeln aus einem Stab unter Verwendung eines Lasers zu veranschaulichen. Das hier veranschaulichte spezielle Halbleitersubstrat weist zwei Waferflats auf, die einem SiC-Wafer entsprechen, obwohl die hierin offenbarten Grundsätze auf viele unterschiedliche Substrattypen angewendet werden könnten. Wie veranschaulicht, wird ein Pfad 16 veranschaulicht, dem ein Laser folgt, wenn er das Substrat mit Laserlicht bestrahlt, wobei der Pfad 16 Stellen angibt, an denen die Lichteinstrahlung auftritt und ein Brennpunkt innerhalb des Substrats gebildet wird. Bei anderen Implementierungen kann der Pfad 16 jedoch den Pfad des Lasers veranschaulichen, wenn er sich über die Oberfläche des Substrats bewegt und den Wafer im Dauerstrich- und nicht im gepulsten Betriebsmodus bestrahlt. Der in 2 veranschaulichte Pfad 16 ist ein alternierender Einfachdurchlaufpfad, bei dem der Laser über den Wafer zuerst in der y-Richtung über in der x-Richtung verfährt und dann in der entgegengesetzten y-Richtung in verschiedenen Schritten über den Wafer verfährt. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Beabstandung der Schritte in der x-Richtung dieselbe sein, wie in 2 veranschaulicht. Bei anderen Implementierungen kann jedoch die Beabstandung der Schritte über den Wafer variieren, entweder für eine Anfangsperiode oder für den gesamten Abstand über den Wafer in der x-Richtung, abhängig davon, wie sich die Schadensschicht bildet. Bei der Beabstandung der Schritte kann es sich um eine beliebige handeln, die in diesem Dokument offenbart ist.
Bei verschiedenen Implementierungen können jedoch Mehrfachdurchlaufpfade und Pfade, die nicht gerade gerade Linien einbeziehen (Spiralen usw.), in verschiedenen Implementierungen verwendet werden. In ähnlicher Weise kann mehr als ein Laserstrahl in verschiedenen Implementierungen eingesetzt werden, die in der gleichen oder in verschiedenen Richtungen entlang dem Substrat abgetastet werden.
Bezugnehmend auf 3 wird eine Implementierung eines Systems veranschaulicht, das ein Verfahren zum Erzeugen eines Wärmegradienten in einem Stab 18 aus Siliciumcarbid einsetzt. Das Verfahren kann ein Erzeugen einer Schadensschicht 20 in dem Stab 18 durch Laserbestrahlung unter Verwendung eines Prozesses einschließen, der in 1 bis 2 veranschaulicht ist. Die Schadensschicht 20 kann auch durch ein beliebiges anderes in diesem Dokument beschriebenes Verfahren erzeugt werden. Das Verfahren schließt dann ein Kühlen 22 eines ersten Endes 24 des Stabs 18 und ein Erwärmen 26 eines zweiten Endes 28 des Stabs 18 ein. Bei verschiedenen Implementierungen schließt das Kühlen des Stabs ein Kühlen auf eine Temperatur von etwa -196 °C unter Verwendung von siedendem flüssigen Stickstoff ein. Bei manchen Implementierungen schließt das Erwärmen des Stabs ein Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 100 °C ein. Das Erwärmen und Kühlen des Stabs erzeugt einen Temperaturgradienten in dem Stab 18 und kann beim Ausbreiten der Schadensschicht durch die Breite des Stabs 18 helfen. Bei manchen Implementierungen eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid kann das Erzeugen eines Wärmegradienten in dem Stab 18 das gleichzeitige Kühlen 22 des ersten Endes 24 des Stabs 18 und Erwärmen 26 des zweiten Endes 28 des Stabs 18 einschließen. Wie veranschaulicht, kann bei verschiedenen Systemimplementierungen das Erwärmen des zweiten Endes 28 des Stabs durch Platzieren des Stabs 18 auf einem Heizspannfutter 30 ausgeführt werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Erwärmen 26 des Stabs 18 ein Anlegen von Wärmeimpulsen (zeitlich variierender Wärmefluss) an den Stab unter Verwendung des Heizspannfutters 30 einschließen. Bei anderen Implementierungen kann das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs ein Anlegen eines konstanten Wärmeflusses (im Wesentlichen zeitlich unveränderlicher Wärmestrom) an das zweite Ende 28 des Stabs 18 einschließen. Bei noch anderen Implementierungen kann das Erwärmen des zweiten Endes 28 des Stabs 18 ein Erwärmen, während das Heizspannfutter schnell erwärmt wird, einschließen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann schnelles Erwärmen ein Erwärmen bei einer Rate von 40 bis 100 °C/Sekunde einschließen. Bei verschiedenen Implementierungen kann der Stab 18 auf dem Heizspannfutter 30 platziert werden, bevor das Kühlen 22 des ersten Endes 24 des Stabs 18 beginnt.
Bezugnehmend auf 4 wird eine andere Implementierung eines Systems veranschaulicht, das ein Verfahren zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid einsetzt. Wie zuvor beschrieben, können alle hierin beschriebenen Verfahren mit einem Bilden einer Schadensschicht 32 in dem Stab und/oder Wafer 34 beginnen, bevor ein Temperaturgradient auf dem/den Stab und/oder Wafer 34 gebildet/angewandt wird. Das Verfahren kann ein Kühlen 36 des Wafers 34 aus Siliciumcarbid einschließen, bevor Wärme 38 auf den Wafer angewandt wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Wärme 38 dann durch Anlegen von Wärmepulsen durch ein Heizspannfutter 40 aufgebracht werden.
Bezugnehmend auf 5 wird eine zusätzliche Implementierung eines Verfahrens zum Trennen eines Wafers von einem Stab 42 aus Siliciumcarbid veranschaulicht. Das Verfahren kann ein Aufbringen eines Materials 44 auf das zweite Ende 46 des Stabs 42 einschließen. Das Material 44 kann ein beliebiges Material/eine beliebige Substanz einschließen, das/die fähig ist, die Wärmeleitung zum zweiten Ende des Stabs zu erleichtern, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, Kautschukbeschichtungen, temporäre oder permanente Gele oder wärmeleitende Pasten oder Gele. Bei verschiedenen Implementierungen kann der Stabs gekühlt werden, bevor das Material aufgebracht wird. Bei anderen Implementierungen kann das Material vor dem Kühlen des ersten Endes des Stabs auf den Stab aufgebracht werden. Nach dem Aufbringen des Materials kann das Erwärmen und Kühlen des Stabs ein beliebiges in diesem Dokument beschriebenes Verfahren einschließen, wie beispielsweise, als nicht einschränkendes Beispiel, Erwärmen des zweiten Endes des Stabs durch ein Heizspannfutter 48 unter Verwendung eines beliebigen der in diesem Dokument offenbarten Ansätze.
Bezugnehmend auf 6 wird ein zusätzliches Verfahren zum Erzeugen eines Wärmegradienten in einem Stab aus Halbleitermaterial veranschaulicht. Dieses Verfahren schließt ein Kühlen des ersten Endes 50 des Stabs 52 durch In-Kontakt-Bringen des ersten Endes des Stabs mit flüssigem Stickstoff 54 ein. Bei anderen Implementierungen (wie bei anderen, die in diesem Dokument offenbart sind) können andere Kühlflüssigkeiten/Gase/Feststoffe verwendet werden. Das Verfahren kann auch ein Erwärmen des zweiten Endes 56 des Stabs 52 durch Aufbringen einer heißen Flüssigkeit 58 auf das zweite Ende 56 des Stabs 52 einschließen. Wie veranschaulicht, kann das Aufbringen einer heißen Flüssigkeit 58 auf das zweite Ende 56 des Stabs 52 ein Platzieren des Stabs in einem heißen Wasserbad oder einem anderen Bad, das eine beliebige andere erwärmte Flüssigkeit enthält, einschließen. Bei anderen Implementierungen kann die heiße Flüssigkeit auf das zweite Ende des Stabs gegossen werden. Bezugnehmend auf 7 kann bei verschiedenen Implementierungen das Verfahren ein schnelles Eintauchen des Stabs nach dem Kühlen in die heißen Flüssigkeit in dem Bad (Quenchen) einschließen.
Bezugnehmend auf 8 wird eine andere Implementierung eines Systems veranschaulicht, das ein Verfahren zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid verwendet. Das Verfahren schließt ein Erzeugen einer Schadensschicht 60 in einem Stab 62 aus Siliciumcarbid, ein Kühlen eines ersten Endes des Stabs und ein Erwärmen des zweiten Endes des Stabs ein. Das Kühlen des Stabs kann einen beliebigen, in diesem Dokument offenbarten Prozess/ein solches System einschließen, wie beispielsweise, als nicht einschränkendes Beispiel, In-Kontakt-Bringen mit flüssigem Stickstoff oder anderen Kühlflüssigkeiten, Aufbringen von kaltem Gas auf das erste Ende des Stabs oder andere geeignete Verfahren zum Kühlen eines Stabs aus Halbleitermaterial relativ zu einer ursprünglichen Temperatur des Stabs. Bei verschiedenen Implementierungen können Verfahren zum Kühlen des Stabs ein schnelles Kühlen des Stabs bei einer Rate von etwa 40 bis 100 °C/Sekunde einschließen. Das Erwärmen des Stabs kann einen beliebigen, in diesem Dokument offenbarten Prozess/ein solches System einschließen, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, Aufbringen von Wärme durch ein Heizspannfutter, Eintauchen in heiße Flüssigkeit, Aufbringen einer heißen Flüssigkeit auf das zweite Ende des Stabs oder ein beliebiges anderes geeignetes Verfahren zum Erwärmen eines Stabs aus Halbleitermaterial relativ zu einer ursprünglichen Temperatur des Stabs. Wie veranschaulicht, kann bei verschiedenen System-/Verfahrensimplementierungen der Wafer von dem Stab unter Verwendung mechanischer Verfahren getrennt werden. Verschiedene mechanische Verfahren können ein Ablösen eines Wafers von einem Stab, ein Abstemmen eines Wafers von einem Stab, ein Abdrehen eines Wafers von einem Stab oder andere Verfahren zum mechanischen Trennen von zwei Teilen desselben Materials einschließen. Wie in 8 veranschaulicht, kann der Stab auf einer stabilen Oberfläche platziert werden, wie beispielsweise, als nicht einschränkendes Beispiel, auf einem Heizspannfutter 64. Das Verfahren kann ein In-Kontakt-Bringen des ersten Endes des Stabs mit einem Griff 66 und Verdrehen des Griffs einschließen, wie durch die gekrümmten Pfeile 68 veranschaulicht. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Heizspannfutter Wärme auf das zweite Ende des Stabs aufbringen, während der Griff 66 das erste Ende des Stabs verdreht. Bei anderen Implementierungen kann ein zweiter Griff an dem zweiten Ende des Stabs angebracht sein. Das erste Ende des Stabs kann in einer ersten Richtung verdreht werden, während das zweite Ende des Stabs in einer zweiten Richtung durch den zweiten Griff verdreht werden kann, wobei die zweite Richtung die entgegengesetzte Richtung der ersten Richtung ist. Als ein Ergebnis der mechanischen Wirkung des Griffs/der Griffe können sich dann Substrate/Wafer aus Halbleitermaterial durch die Kombination von thermischen und mechanischen Kräften an der Schadensschicht 60 von einem Stab trennen.
Bei der Implementierung, die in 8 veranschaulicht ist, wird der Griff 66 als kleiner im Durchmesser als der Stab 62 veranschaulicht. Jedoch kann bei anderen Implementierungen der Griff im Durchmesser größer sein als der Stab. Bei manchen Implementierungen kann sich der Griff auch über einen Abschnitt der Seiten des Stabs erstrecken, wobei er mit den Flats oder anderen Strukturen des Stabs als Hilfe beim Greifen des Stabs und/oder beim Anwenden einer mechanischen Kraft auf den Stab in Kontakt kommt.
Bei verschiedenen Verfahrensimplementierungen kann die Schadensschicht durch Laserbestrahlung erzeugt werden.
Bei verschiedenen Verfahrensimplementierungen kann das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs eines von In-Kontakt-Bringen des zweiten Endes des Stabs mit einem Heizspannfutter und schnelles Erwärmen, Anlegen von Wärmepulsen durch ein Heizspannfutter, Aufbringen einer heißen Flüssigkeit auf das zweite Ende des Stabs oder Eintauchen des zweiten Endes des Stabs in eine heiße Flüssigkeit einschließen.
Es sollte sich ohne Weiteres verstehen, dass dort, wo sich die vorstehende Beschreibung auf besondere Implementierungen der Optimierung von Halbleitersubstrat-Herstellungssystemen und -verfahren und implementierenden Komponenten, Teilkomponenten, Verfahren und Teilverfahren bezieht, eine Reihe von Modifikationen vorgenommen werden kann, ohne von ihrem Geist abzuweichen, und dass diese Implementierungen, implementierenden Komponenten, Teilkomponenten, Verfahren und Teilverfahren auch auf eine andere Optimierung von Halbleitersubstrat-Herstellungssystemen und -verfahren angewendet werden können.

Claims

Verfahren zum Trennen eines Wafers von einem Stab, der ein Halbleitermaterial umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer Schadensschicht in einem Stab, der Halbleitermaterial umfasst, wobei der Stab ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; Kühlen des ersten Endes des Stabs; und Erwärmen des zweiten Endes des Stabs; wobei ein Wärmegradient zwischen dem gekühlten ersten Ende und dem erwärmten zweiten Ende einem Siliciumcarbidwafer hilft, sich von dem Stab an der Schadensschicht zu trennen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlen des ersten Endes des Stabs und das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs gleichzeitig erfolgt; und wobei das zweite Ende des Stabs durch eines von In-Kontakt-Bringen eines Heizspannfutters oder Aufbringen von Wärmeimpulsen unter Verwendung eines Heizspannfutters erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlen des ersten Endes des Stabs ferner ein In-Kontakt-Bringen des ersten Endes des Stabs mit flüssigem Stickstoff umfasst; und wobei das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs ferner eines umfasst von: Aufbringen einer heißen Flüssigkeit auf das zweite Ende des Stabs; oder schnelles Eintauchen des zweiten Endes des Stabs in eine heiße Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Platzieren der zweiten Seite des Stabs auf einem Heizspannfutter und eines von Abziehen, Abstemmen oder Verdrehen des ersten Endes des Stabs mit einem Griff unter Anwenden von Wärme auf die zweite Seite des Stabs.
Verfahren zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer Schadensschicht in einem Stab aus Siliciumcarbid, wobei der Stab ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; Aufbringen eines Materials auf das zweite Ende des Stabs; Kühlen des ersten Endes des Stabs; und Erwärmen des Materials am zweiten Ende des Stabs; wobei ein Wärmegradient, der durch Erwärmen des zweiten Endes des Stabs und Kühlen des ersten Endes des Stabs bewirkt wird, einem Siliciumcarbidwafer hilft, sich von dem Stab an der Schadensschicht zu trennen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Material eine Wärmeleitung zum zweiten Ende des Stabs erhöht.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Kühlen des ersten Endes des Stabs und das Erwärmen des Materials am zweiten Ende des Stabs gleichzeitig erfolgt; und wobei das Material an dem zweiten Ende des Stabs durch eines von In-Kontakt-Bringen eines Heizspannfutters und schnelles Erwärmen oder Aufbringen von Wärmeimpulsen durch ein Heizspannfutter erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Kühlen des ersten Endes des Stabs ferner ein In-Kontakt-Bringen des ersten Endes des Stabs mit flüssigem Stickstoff umfasst; und wobei das Erwärmen des zweiten Endes des Stabs ferner eines umfasst von: Aufbringen einer heißen Flüssigkeit auf das zweite Ende des Stabs; oder schnelles Eintauchen des zweiten Endes des Stabs in eine heiße Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Platzieren der zweiten Seite des Stabs auf einem Heizspannfutter, eines von Abziehen, Abstemmen oder Verdrehen des ersten Endes des Stabs mit einem Griff unter Anwenden von Wärme auf die zweite Seite des Stabs.
Verfahren zum Trennen eines Wafers von einem Stab aus Siliciumcarbid, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer Schadensschicht in einem Stab aus Siliciumcarbid, wobei der Stab ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; Kühlen des ersten Endes des Stabs durch In-Kontakt-Bringen mit flüssigem Stickstoff; Erwärmen des zweiten Endes des Stabs; Erzeugen eines Wärmegradienten zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Stabs durch das gleichzeitige Erwärmen des ersten Endes des Stabs und Kühlen des zweiten Endes des Stabs; und mechanisches Trennen eines Siliciumcarbidwafers von dem Stab an der Schadensschicht.