阅读说明：本技术 一种碳化硅晶体的加工方法 (Processing method of silicon carbide crystal ) 是由 贾河顺 周敏 刘圆圆 梁庆瑞 赵吉强 辛鹏波 于 2020-04-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种碳化硅晶体的加工方法,该方法包括以下步骤：(1)将碳化硅晶锭进行激光刻蚀,形成所需尺寸的晶体的边界；(2)在所述晶体表面粘附上薄膜后,进行激光辐照；(3)将所述粘附有薄膜的晶体从碳化硅晶锭上剥离下来；(4)将所述晶体与薄膜分离。本发明采用激光刻蚀和激光辐照两次激光处理,使得单位面积内产生更多的应力,在剥离时晶体能够更加弯曲折叠,不影响良率,且可以获得很薄的晶体。本发明可以实现超硬碳化硅晶体的加工,加工工艺简单,成品率高,可以切割成任意尺寸和形状的碳化硅微型晶体；且同时实现了对晶体的减薄处理。(The invention provides a processing method of silicon carbide crystals, which comprises the following steps: (1) carrying out laser etching on the silicon carbide crystal ingot to form a crystal boundary with a required size; (2) after a film is adhered to the surface of the crystal, laser irradiation is carried out; (3) peeling the crystal adhered with the thin film from the silicon carbide crystal ingot; (4) separating the crystal from the film. The invention adopts laser etching and laser irradiation for two times of laser processing, so that more stress is generated in unit area, the crystal can be bent and folded more during stripping, the yield is not influenced, and very thin crystals can be obtained. The invention can realize the processing of the superhard silicon carbide crystal, has simple processing technology and high yield, and can be cut into silicon carbide micro crystals with any size and shape; and simultaneously realizes the thinning treatment of the crystal.)

一种碳化硅晶体的加工方法

技术领域

本发明属于晶体的加工技术领域，涉及一种碳化硅晶体的加工方法，具体涉及从碳化硅晶锭上剥离获得所需尺寸的晶体的方法。

背景技术

碳化硅微型晶体为第三代宽带隙半导体材料，具有高导热率、高击穿电压、载流子迁移率极高、化学稳定性高等优良性质，可以制作成在高温、强辐射条件下工作的高频、高功率电子器件和光电子器件，在国防、高科技、工业生产、供电、变电领域有巨大的应用价值，被看作是极具发展前景的第三代宽禁带半导体材料。

将碳化硅微型晶体应用于器件需加工成一定尺寸的晶体，有的领域需要的晶体的尺寸为微米级别或纳米级别。现有的碳化硅晶体加工工艺包括将晶锭进行切割成所需尺寸的微型晶体，例如CN102514110B。由于碳化硅晶体硬度很高，仅次于金刚石，这为晶体加工带来很大的困难，尤其切割速度缓慢，耗用时间长。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅微型晶体的加工方法，所述方法包括激光刻蚀、覆膜、激光辐照的步骤，能够将碳化硅晶锭切成任意大小尺寸的晶体。

本发明所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供了一种碳化硅晶体的加工方法，该方法包括以下步骤：

(1)将碳化硅晶锭进行激光刻蚀，形成所需尺寸晶体的边界；

(2)在所述晶体表面粘附上薄膜后，进行激光辐照；

(3)将所述粘附有薄膜的晶体从碳化硅晶锭上剥离下来。

(4)将所述晶体与薄膜分离。

本发明通过将碳化硅晶锭进行激光刻蚀、覆膜和激光照射的步骤，实现所需尺寸的晶体，尤其是微型晶体从碳化硅晶锭上剥离下来。本发明首先在碳化硅晶锭表面激光刻蚀，根据需要切割一定深度所需尺寸的微型晶体的边界图案；在所述晶体表面粘附薄膜，再进行激光辐照；激光辐照不仅实现了初次激光的深度刻槽和二次激光的晶锭内部结构的晶体形成缺陷，且实现了薄膜的变性以便与所述晶体紧密粘结，方便晶体与变性后的薄膜一起从晶锭上剥离；通过薄膜的粘附实现晶体的剥离，然后通过将所述微型晶体与薄膜分离，得到了所需尺寸的晶体。本发明方法加工工艺简单，成品率高，可以切割成任意尺寸的碳化硅晶体。

进一步的，步骤(1)中，所述激光刻蚀的深度为0.1～1000μm，所述激光刻蚀的宽度为1～1000μm；优选的，所述激光刻蚀的深度为20～200μm，所述激光刻蚀的宽度为30～50μm。根据所需尺寸的晶体的厚度，选择激光刻蚀的深度。激光蚀刻的宽度由激光的光斑直径决定，一般1～3个光斑直径。所述激光刻蚀的目的获得所需尺寸晶体的图案，更确切的说，激光刻蚀形成所需尺寸的晶体的边界，如在本发明的实施例中，所需的晶体为正方形，利用激光刻蚀得到所需晶体的图案，刻蚀的宽度和深度构成刻蚀的沟槽，沟槽围成所需晶体的周界。由于激光刻蚀的深度内部产生很大的内应力，使得单位面积上产生更大应力，以使得在剥离时，晶体可以更加弯曲、折叠，不影响良率。

进一步的，所述晶体的尺寸为微米级和/或纳米级，优选的，所述微型晶体的数量为至少两个以上。在本发明的优选实施例中，在碳化硅晶锭的整个表面刻蚀出多个所需尺寸的晶体，当多个所需尺寸的晶体从碳化硅晶锭上剥离下来时，同时也实现了碳化硅晶锭的减薄处理。

进一步的，步骤(1)中，所述激光选自纳秒激光和飞秒激光中的至少一种；优选的，所述激光为飞秒激光。优选的，所述激光的功率为10～1000W，所述激光刻蚀的时间为1～60s。所述激光刻蚀形成了所需晶体的x-y面，激光刻蚀的照射强度和时间不做特殊要求，只要满足刻蚀所需的深度即可。

进一步的，步骤(2)中，所述薄膜选自含聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚异丁烯和丁基橡胶薄膜中的至少一种。所述薄膜具有高热膨胀系数，具有对碳化硅晶体有很好的粘结作用，且不会对晶体的晶格结构产生影响，

优选的，所述薄膜粘附的方式选自涂覆和薄膜粘结的方式中的一种。优选的，所述薄膜的厚度为0.1～200μm。可以使用涂覆液一次涂覆和聚合物涂覆液多次涂覆的方式，可以在刻蚀的沟槽内充满涂覆液或聚合物薄膜，沟槽内的薄膜在变性后起到一定的缓冲保护作用，且在冷却后会产生很大的内应力，使得薄膜粘附有晶体剥离时产生更均匀的应力。

进一步的，步骤(2)中，所述激光选自纳秒激光和飞秒激光中的至少一种；更优选的，所述激光为飞秒激光。本发明步骤(1)中激光刻蚀是为了得到所需晶体的x-y面，步骤(2)的激光辐照使得在晶体的一定位置形成缺陷；采用两次激光处理，使得单位面积内产生更多的应力，在晶体剥离时，能够更加弯曲、折叠，不影响良率。

优选的，所述激光辐照的深度与激光刻蚀的深度相同。通过调控激光刻蚀的功率密度和时间，控制激光辐照的深度与激光刻蚀的深度相同，使得在剥离获得的晶体的下表面几乎是平整的，得到厚度较均匀的微型晶体。所述激光辐照中的激光光束侵入到碳化硅晶锭到所需深度，即激光刻蚀的深度，使得碳化硅晶锭中特定的层发生缺陷，从而有利于剥离。优选的，使得碳化硅晶锭所述剥离层中的损伤扩展小于2倍的瑞利长度。

进一步的，步骤(3)中，冷却后，将粘附有薄膜的晶体从碳化硅晶锭上剥离下来；优选的，所述冷却选自液氮冷却和使用低温箱冷却中的至少一种；更优选的，选用液氮冷却的方式。所述冷却的作用是使得晶体缺陷形成的应力加剧。

进一步的，步骤(4)中，采用化学溶剂腐蚀的方法清除微型晶体表面的薄膜，将微型晶体与薄膜分离，也可以在化学腐蚀之前使用1500℃以下的温度通氧燃烧。化学腐蚀使得晶体表面的聚合物清清除，也可以利用高温通氧燃烧去除晶体表面大部分聚合物，再利用化学腐蚀去除更干净。也可以采用晶粒挑选机将微型晶体与薄膜分离，利用晶粒挑选机将薄膜表面粘结的晶体快速的摘除。

根据本发明的另一个方面，提供了所述的碳化硅晶体的加工方法在制作碳化硅微型晶体中的应用。本发明加工方法可以获得所需尺寸和形状的碳化硅微型晶体。

进一步的，所述碳化硅微型晶体的形状选自多边形、圆形、椭圆形和异形中的至少一种。所述多边形选自三角形、正方形和正五边形等中的一种。所述异形可以包括有曲线和直线组成的各种不规则形状。更优选的，所述碳化硅微型晶体的形状为正方形。

进一步的，所述碳化硅微型晶体的厚度为0.1～1000μm；优选的，所述碳化硅微型晶体的厚度为20～200μm。本发明方法获得的碳化硅微型晶体的厚度有一个较宽的范围，是因为采用激光刻蚀和激光辐照两次激光处理，使得晶体单位面积内产生更多的应力，以使得所需晶体在剥离时，能够更加弯曲、折叠，可以不同厚度的碳化硅微型晶体，因此也可以得到很薄的碳化硅微型晶体。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过将碳化硅晶锭进行激光刻蚀、覆膜、激光照射的步骤，实现了所需尺寸的晶体从碳化硅晶锭上剥离下来。本发明采用激光刻蚀和激光辐照两次激光处理，使得单位面积内产生更多的应力，在剥离时晶体能够更加弯曲折叠，不影响良率，且可以获得很薄的碳化硅微型晶体。本发明可以不仅可以获得所需尺寸的晶体，且能够实现对晶体的减薄处理。

(2)本发明可以实现超硬碳化硅微型晶体的加工，加工工艺简单，成品率高，可以切割成任意尺寸的碳化硅微型晶体。本发明方法能够获得各种形状的微型晶体，且微型晶体的厚度范围宽，能够满足各领域对微型晶体尺寸的要求。

附图说明

图1为本发明一实施例中的激光刻蚀的图案；

图2为本发明一实施例中的激光辐照的结构示意图；

图3为本发明另一实施例中的激光刻蚀的图案；

图4为本发明再一实施例中的激光刻蚀的图案；

图中，

1、碳化硅晶锭；2、微型晶体；3、薄膜；4、激光装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，以下实施例仅为方便本领域技术人员理解本发明技术方案，实现或使用本发明所做的说明，并不以此限定本发明的保护范围。

本发明中，如未指定，所采用试剂和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。

实施例中的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。

本发明的方法可以实现两种应用情况，一种是“减薄处理”，该方法可以从晶锭、晶体或晶片表面分割出非常薄的层，有利的是，不需要的材料可以很完整，且可以得到所需的多个晶体。另一种是“晶体制作”，尤其是微型晶体制作，可以从碳化硅晶锭表面同时切割获得多个微型晶体。

实施例1

一种碳化硅的加工处理方法，具体包括以下步骤：

(1)激光刻蚀

使用激光装置，优选飞秒激光器对碳化硅晶锭表面进行激光刻蚀，刻蚀出的沟槽形成了所需尺寸微型晶体的边界，通过调控激光刻蚀的功率和时间，激光的功率为10～1000W，激光刻蚀的时间为1～60s，使得激光刻蚀的深度为0.2mm，激光刻蚀的宽度为0.1mm，刻蚀出的图案如图1所示，即将碳化硅晶锭1表面切割成多个边长为0.3mm的正方形微型晶体2；

具体可使用激光刻蚀机对碳化硅晶锭表面进行刻蚀处理，例如采用的具体操作步骤为：将待处理的碳化硅晶锭固定在激光刻蚀机的工作台上，然后调整激光刻蚀机光路系统，调整激光焦点位置并在所述激光刻蚀机的计算机上设定偏振镜的切割路径，使工作台上的碳化硅晶锭表面与激光扫描线产生相对运动；使偏振镜以预定偏角和预定功率密度对碳化硅晶锭表面进行快速切割，并利用所述工作台改变切割方向，反复多次至满意效果。

(2)覆膜后，进行激光辐照

在碳化硅晶锭1表面喷涂聚二甲基硅氧烷涂覆液，干燥后形成厚度为50μm的聚二甲基硅氧烷薄膜，然后对碳化硅晶锭1表面进行激光辐照，激光辐照的结构示意图如图2所示。可使用激光装置4对碳化硅晶锭表面1进行激光辐照，使得微型晶体2内部产生缺陷。通过调节激光辐照的功率密度，调控激光辐照的深度与激光刻蚀的深度相同。所述激光辐照中的激光光束侵入到碳化硅晶锭到所需深度，使得碳化硅晶锭在特定深度的所在层发生缺陷，且使得碳化硅晶锭所述剥离层中的损伤扩展小于2倍的瑞利长度。

具体可使用激光刻蚀机或激光机碳化硅晶锭1表面即多个微型晶体2表面进行激光辐照，激光辐照实现了碳化硅晶锭1内部的晶体产生缺陷，以便于微型晶体2从碳化硅晶锭1上剥离下来，且激光辐照实现了薄膜3的变性，使得薄膜3与晶体连接的更紧密，以便于将薄膜3剥离时，微型晶体2能完整的，牢固地粘结在薄膜3上，使得所有微型晶体2能一次性完整的从碳化硅晶锭1上剥离下来。

(3)冷却、剥离

将粘附有薄膜的微型晶体使用液氮快速冷却后从碳化硅晶锭1上剥离下来，快速冷却实现了碳化硅晶锭1内部晶体应力形变，利用薄膜3的剥离力实现了所需晶体从碳化硅晶锭1上剥离下来。

(4)化学腐蚀

将粘附有薄膜的微型晶体浸泡在强酸中，例如盐酸、硫酸或氢氟酸等，以将所述晶体上的薄膜去除，然后经过蒸馏水清洗处理后，得到多个长度为0.3mm，宽度为0.3mm，厚度为0.2mm的微型晶体。

实施例2

一种碳化硅的加工处理方法，具体包括以下步骤：

(1)激光刻蚀

使用飞秒激光器对碳化硅晶锭表面进行激光刻蚀，形成了所需尺寸微型晶体的边界，控制激光刻蚀的深度为0.1mm，激光刻蚀的宽度为0.05mm，刻蚀出的图案如图3所示，即将碳化硅晶锭1表面切割成多个直径为0.2mm的圆形微型晶体2；

可使用激光刻蚀机对碳化硅晶锭1表面进行刻蚀处理，通过调控激光刻蚀机的功率密度、偏光的角度和时间等，控制刻蚀的边界及刻蚀的深度和宽度。

(2)覆膜后，进行激光辐照

在碳化硅晶锭表面粘结一层厚度为200μm的聚乙烯薄膜，然后使用飞秒激光器进行激光辐照，通过调节激光辐照的功率密度和时间，控制激光辐照的深度与激光刻蚀的深度相同。所述激光辐照中的激光光束侵入到碳化硅晶锭到所需深度，使得碳化硅晶锭在特定深度的所在层发生缺陷，且使得碳化硅晶锭所述剥离层中的损伤扩展小于2倍的瑞利长度。

所述激光辐照实现了碳化硅晶锭1内部的晶体产生缺陷，以便于微型晶体2从碳化硅晶锭1上剥离下来，且激光辐照实现了薄膜的变性，使得薄膜与晶体连接的更紧密，以便于将薄膜剥离时，微型晶体2能完整的，牢固地粘结在薄膜上，使得所有微型晶体2能一次性完整的从碳化硅晶锭1上剥离下来。

(3)冷却、剥离

将粘附有薄膜的微型晶体2使用液氮快速冷却后，从碳化硅晶锭1上剥离下来。快速冷却实现了碳化硅晶锭1内部晶体应力形变，通过薄膜的黏连实现了微型晶体2的剥离。

(4)分离

使用晶粒挑选机将微型晶体2从薄膜上剥离下来，得到多个直径为0.2mm，厚度为0.1mm的微型晶体2。

实施例3

一种碳化硅的加工处理方法，具体包括以下步骤：

(1)激光刻蚀

使用飞秒激光器对碳化硅晶锭1表面进行激光刻蚀，形成了多个所需尺寸晶体的边界，控制激光刻蚀的深度为0.05mm和激光刻蚀的宽度为0.05mm，刻蚀出的图案如图4所示，即可将碳化硅晶锭1表面切割成不同形状，不同尺寸的微型晶体2；

可使用激光刻蚀机对碳化硅晶锭1表面进行刻蚀处理，通过调控激光刻蚀机的功率密度和偏光的角度等，控制刻蚀出的沟槽形状及刻蚀的深度和宽度。

(2)覆膜后，进行激光辐照

在碳化硅晶锭1表面多次涂覆丁基橡胶涂覆液，干燥后形成厚度为100μm的丁基橡胶薄膜，然后使用飞秒激光器进行激光辐照，通过调节激光辐照的功率密度，调控激光辐照的深度与激光刻蚀的深度相同。所述激光辐照中的激光光束侵入到碳化硅晶锭到所需深度，使得碳化硅晶锭在特定深度的所在层发生缺陷，且使得碳化硅晶锭所述剥离层中的损伤扩展小于2倍的瑞利长度。

可使用激光刻蚀机或激光机对多个微型晶体2表面(即晶锭表面)进行激光辐照，激光辐照实现了碳化硅晶锭1内部的晶体产生缺陷，以便于微型晶体2从碳化硅晶锭1上剥离下来，且激光辐照实现了薄膜的变性，使得薄膜与晶体连接的更紧密，以便于将薄膜剥离时，所需晶体能完整的，牢固地粘结在薄膜上，使得所有晶体能一次性完整的从碳化硅晶锭上剥离下来。

(3)冷却、剥离

将粘附有薄膜的微型晶体2使用液氮快速冷却后，从碳化硅晶锭1上剥离下来。快速冷却实现了碳化硅晶锭1内部晶体应力形变，通过聚合物的黏连实现了微型晶体2的剥离。

(4)化学腐蚀

将粘附有薄膜的微型晶体2浸泡在强酸中，例如盐酸、硫酸或氢氟酸等，以将所述晶体上的薄膜去除，然后经过蒸馏水清洗处理后，得到多个形状不同的微型晶体2。

以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。