技术领域
[0001] 本发明涉及晶圆加工领域，具体而言，涉及一种碳化硅激光冷裂方法。
相关背景技术
[0002] 碳化硅(SiC)作为新兴的第三代半导体核心材料，具有宽禁带、高临界击穿电场强度、高电子迁移率以及良好的抗辐照性和化学稳定性等优异性，这使其成为一种广泛应用的重要衬底芯片材料，在航空器件、新能源汽车、轨道交通和家用电器等领域展现了良好的应用前景。
[0003] 激光冷裂（又称激光冷切割）是碳化硅晶体常见的切片方法之一，相对于传统的机械切割，其具有切割精度高，磨损小等特点。但是现有的激光冷裂方法存在加工出的晶圆缺陷多，质量低的问题。
具体实施方式
[0019] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0020] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0022] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0023] 此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0024] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0025] 现有的碳化硅晶体的激光冷裂工艺中，对于激光照射后的碳化硅晶体，一般采用液氮直接冷却的方式，使被照射部位裂开脱离以形成碳化硅晶圆。直接用液氮冷却虽然可以使碳化硅晶体快速降温，降低碳化硅晶体错位源(比如刃型位错的发射点)的活动性，限制新位错产生，但是由于快速降温，降温过程中错位等缺陷没有足够的时间进行移动和重排，无法有效消除。
[0026] 针对上述情况，请参照图1和图2，本发明提供了一种碳化硅激光冷裂方法，其包括以下步骤：S100：激光照射碳化硅晶体的端面。
[0027] S110：在碳化硅晶体的端面涂覆聚合物膜（比如聚酰亚胺膜）。
[0028] S200：对碳化硅晶体进行冷却。
[0029] S300：被激光照射的部位从碳化硅晶体上裂开脱离以形成碳化硅晶圆。
[0030] S310：将碳化硅晶圆上的聚合物膜去除。
[0031] S320：对碳化硅晶圆进行研磨。
[0032] 其中，步骤S200通过冷却设备执行。请参照图3，该冷却设备包括冷却容器100、第一冷却管路110和第二冷却管路120，第一冷却管路110与冷却容器100连通，用于通入第一冷却介质，第二冷却管路120与冷却容器100连通，用于通入第二冷却介质。其中，第二冷却介质的冷却效果优于第一冷却介质的冷却效果。本实施例中，第一冷却介质为水雾，第二冷却介质为液氮。
[0033] 冷却设备还包括控制器、第一流量计112、第二流量计122、第一电子阀114和第二电子阀124，第一流量计112设置于第一冷却管路110，用于检测水雾的流量，第一电子阀114设置于第一冷却管路110，用于调节水雾的流量。第二流量计122设置于第二冷却管路120，用于检测液氮的流量，第二电子阀124设置于第二冷却管路120上，用于调节液氮的流量。
[0034] 进一步地，第一冷却管路110和第二冷却管路120均连通于冷却容器100的顶部，水雾和液氮从上向下喷向碳化硅晶体，保证冷却的均匀性，提高冷却效果。
[0035] 步骤S200具体包括以下步骤：S210：向碳化硅晶体通入第一冷却介质（水雾）以进行第一阶段的冷却，第一阶段，
碳化硅晶体被激光照射部位的温度从80℃左右冷却至25℃左右室温。
[0036] S220：停止通入第一冷却介质后，将碳化硅晶体静置（自然冷却）预设时长，以进行第二阶段的冷却，第二阶段，碳化硅晶体的温度维持在25℃左右室温。
[0037] S230：静置后向碳化硅晶体通入第二冷却介质（液氮）以进行第三阶段的冷却，第三阶段，碳化硅晶体的温度从25℃左右室温冷却至‑120℃左右。
[0038] 其中，水雾的通入速率为0.1L/min，液氮的通入速率为0.2 L/min。预设时长为40min‑60min。本实施例中，预设时长50min。其它实施例中，预设时长也可以为45min、55min等。
[0039] 水雾冷却一段时间后，可以将碳化硅晶体从高温冷却至低温，在该温度下晶体分子热运动减慢，热应力被释放，同时使得位错和其他晶体缺陷的交互作用稳定且不加剧，使位错和其他晶体缺陷长时间保持原位。
[0040] 之后开始静置，静置的作用在于使得晶体的缺陷有足够的时间进行移动和重排，从而减少缺陷。
[0041] 最后液氮冷却，液氮冷却可以将碳化硅晶体从低温降至更低温，从而降低位错源的活动性，避免新位错的产生。同时进一步地减慢分子热运动，整个晶体趋于稳定，彻底释放热应力。
[0042] 本碳化硅激光冷裂方法通过对激光照射后的碳化硅晶体进行三段式冷却，可以有效减少碳化硅晶体的位错缺陷，提高碳化硅晶体的质量，从而提高切割出的碳化硅晶圆的质量。
[0043] 为了验证本发明三段式冷却对碳化硅晶体位错缺陷的实际改善效果，申请人进行了实验，实验所用碳化硅晶体的直径为150mm，高度为20mm，冷却容器100的直径为205mm，高度为100mm，水雾的流量为0.1L/min，通入时间为117S，液氮的通入流量为0.2L/min，通入时间为180S。实验结果见下表：
[0044] 由上表可以看出，相对于单一的液氮直接冷却，采用本发明提供的三段式冷却，冷却后碳化硅晶体的TED（刃位错）、TSD（螺位错）、BPD（基面位错）等位错缺陷明显更少，同时在其它条件相同的情况下，静置时间50min左右，碳化硅晶体的TED（刃位错）缺陷更少。由此可见，本发明提供的采用三段式冷却的碳化硅激光冷裂方法，可以有效减少碳化硅晶体的位错缺陷，提高碳化硅晶体的质量。
[0045] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
