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特許7320130緩和された正の湾曲を有する炭化ケイ素ウェーハを処理するための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-25
(45)【発行日】2023-08-02
(54)【発明の名称】緩和された正の湾曲を有する炭化ケイ素ウェーハを処理するための方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20230726BHJP
C30B 29/36 20060101ALI20230726BHJP
C30B 33/00 20060101ALI20230726BHJP
B23K 26/53 20140101ALI20230726BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 611Z
C30B29/36 A
C30B33/00
B23K26/53
【請求項の数】
31
(21)【出願番号】P 2022515614
(86)(22)【出願日】2020-03-13
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-20
(86)【国際出願番号】 US2020022626
(87)【国際公開番号】W WO2020236246
(87)【国際公開日】2020-11-26
【審査請求日】2021-12-21
(31)【優先権主張番号】16/415,721
(32)【優先日】2019-05-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/784,311
(32)【優先日】2020-02-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】592054856
【氏名又は名称】ウルフスピード インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＷＯＬＦＳＰＥＥＤ，ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100162846
【弁理士】
【氏名又は名称】大牧 綾子
(72)【発明者】
【氏名】ブベル，サイモン
(72)【発明者】
【氏名】ドノフリオ，マシュー
(72)【発明者】
【氏名】エドモンド，ジョン
(72)【発明者】
【氏名】カーリアー，イアン
【審査官】鈴木 孝章
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１９２６８９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－１２４２０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
Ｃ３０Ｂ ２９／３６
Ｃ３０Ｂ ３３／００
Ｂ２３Ｋ ２６／５３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）を備えるバルク結晶材料を提供するステップと、前記バルク結晶材料からＳｉＣウェーハを分離するステップとを備え、前記ＳｉＣウェーハは、前記ＳｉＣウェーハのシリコン面から緩和された正の湾曲を形成し、前記バルク結晶材料からの前記ＳｉＣウェーハの形成に関連付けられたカーフ損失は、２５０ミクロン（μｍ）未満である、結晶材料処理方法。
【請求項2】
前記カーフ損失は、１７５μｍ未満である、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項3】
前記カーフ損失は、１００μｍから２５０μｍを含む範囲内にある、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項4】
前記緩和された正の湾曲は、０μｍより大きく５０μｍまでの範囲内にある、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項5】
前記緩和された正の湾曲は、０μｍより大きく４０μｍまでの範囲内にある、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項6】
前記緩和された正の湾曲は、０μｍより大きく１５μｍまでの範囲内にある、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項7】
前記緩和された正の湾曲は、３０μｍから５０μｍを含む範囲内にある、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項8】
前記緩和された正の湾曲は、８μｍから１６μｍを含む範囲内にある、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項9】
前記ＳｉＣウェーハは、少なくとも２５０の直径対厚さ比を備える、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項10】
前記ＳｉＣウェーハは、少なくとも３００の直径対厚さ比を備える、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項11】
前記ＳｉＣウェーハは、少なくとも４００の直径対厚さ比を備える、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項12】
前記ＳｉＣウェーハは、２５０から１０２０を含む範囲の直径対厚さ比を備える、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項13】
前記ＳｉＣウェーハは、ｎ型導電性ＳｉＣウェーハを備える、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項14】
前記ＳｉＣウェーハは、半絶縁性ＳｉＣウェーハを備える、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項15】
前記ＳｉＣウェーハは、意図せずにドープされたＳｉＣウェーハを備える、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項16】
前記ＳｉＣウェーハのカーボン面は、前記シリコン面から前記緩和された正の湾曲に対応する形状を備える、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項17】
前記緩和された正の湾曲によって画定される前記シリコン面の輪郭は、前記ＳｉＣウェーハのカーボン面の輪郭とは異なる、請求項１に記載の結晶材料処理方法。
【請求項18】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）を備えるバルク結晶材料を提供するステップと、前記バルク結晶材料内に表面下レーザ損傷パターンを形成するステップと、
ＳｉＣウェーハが前記ＳｉＣウェーハのシリコン面から緩和された正の湾曲を備えるように、前記表面下レーザ損傷パターンに沿って前記バルク結晶材料から前記ＳｉＣウェーハを分離するステップとを備える、結晶材料処理方法。
【請求項19】
前記緩和された正の湾曲は、０μｍより大きく５０μｍまでの範囲内にある、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項20】
前記緩和された正の湾曲は、０μｍより大きく１５μｍまでの範囲内にある、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項21】
前記緩和された正の湾曲は、３０μｍから５０μｍを含む範囲内にある、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項22】
前記緩和された正の湾曲は、８μｍから１６μｍを含む範囲内にある、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項23】
前記表面下レーザ損傷パターンを形成する前記ステップは、前記バルク結晶材料を横切るレーザ出力を可変的に調整して、分離後に、前記緩和された正の湾曲が提供されるように、前記表面下レーザ損傷パターンの非線形な輪郭を形成するステップを備える、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項24】
前記表面下レーザ損傷パターンを形成する前記ステップは、前記バルク結晶材料を横切るレーザの焦点を可変的に調整して、分離後に、前記緩和された正の湾曲が提供されるように、前記表面下レーザ損傷パターンの非線形な輪郭を形成するステップを備える、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項25】
前記表面下レーザ損傷パターンを形成する前記ステップ中のレーザ吸収が、前記表面下レーザ損傷パターンの非線形な輪郭を形成し、分離後に、前記緩和された正の湾曲を提供されるように、前記バルク結晶材料が、放射状ドーピングプロファイルで配置される、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項26】
前記ＳｉＣウェーハは、少なくとも２５０の直径対厚さ比を備える、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項27】
前記ＳｉＣウェーハは、少なくとも３００の直径対厚さ比を備える、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項28】
前記ＳｉＣウェーハは、少なくとも４００の直径対厚さ比を備える、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項29】
前記ＳｉＣウェーハは、２５０から１０２０を含む範囲の直径対厚さ比を備える、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項30】
前記バルク結晶材料から前記ＳｉＣウェーハを形成することに関連付けられたカーフ損失は、２５０ミクロン（μｍ）未満である、請求項１８に記載の結晶材料処理方法。
【請求項31】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）を備えるバルク結晶材料を提供するステップと、前記バルク結晶材料の周囲から、前記バルク結晶材料の中心への表面下レーザ損傷パターンの非線形な輪郭を形成するために、レーザ出力とレーザ焦点とのうちの少なくとも１つを可変的に調整することによって、前記バルク結晶材料内に前記表面下レーザ損傷パターンを形成するステップと、
前記表面下レーザ損傷パターンに沿って前記バルク結晶材料からＳｉＣウェーハを分離するステップとを備える、結晶材料処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願
[0001]この出願は、２０２０年２月７日に出願された米国特許出願第１６／７８４，３１１号、および２０１９年５月１７日に出願された米国特許出願第１６／４１５，７２１号の利益を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[0001]この出願は、２０２０年２月７日に出願された米国特許出願第１６／７８４，３１１号、および２０１９年５月１７日に出願された米国特許出願第１６／４１５，７２１号の利益を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
[0002]本開示は、結晶材料を処理するための方法、より詳細には、バルク結晶材料からウェーハを形成するための方法に関する。
【背景技術】
【0003】
[0003]様々なマイクロエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、および微細加工の用途は、様々な有用なシステムを製造するための開始構造として、結晶材料の薄膜層が必要である。結晶材料の大径結晶性インゴットから薄膜層（たとえば、ウェーハ）を切断するための従来の方法は、ワイヤソー(wire saw)の使用を含んでいた。ワイヤソー技術は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの様々な結晶材料に適用されている。ワイヤソーツールは、１つまたは多くのガイドローラの溝を通過する（通常は０．２ｍｍ以下の直径を有する）極細鋼ワイヤを含む。２つのスライス方法、すなわち、緩い研磨剤スライス(abrasive slicing)と、固定研磨剤スライスとが存在する。緩い研磨剤スライスは、高速で走行する鋼ワイヤに、スラリ（通常は、油中の研磨剤の懸濁液）を塗布することを含み、それによって、ワイヤとワークピースとの間の研磨剤の転がり運動が、インゴットを切断する。残念ながら、スラリの環境への影響がかなりある。そのような影響を軽減するために、ダイヤモンド研磨剤で固定されたワイヤが、（スラリではない）水溶性の冷却液のみを必要とする固定研磨剤スライス法で使用され得る。高効率の平行スライスにより、１回のスライス手順で、多数のウェーハを製造することができる。図１は、ローラ４Ａ～４Ｃの間に延び、インゴット２を、各々がインゴット２の端面６にほぼ平行な面を有する複数の薄い断面（たとえば、ウェーハ８Ａ～８Ｇ）に同時に鋸切る(saw)ように配置された平行なワイヤ部３を含む従来のワイヤソーツール１を示す。鋸切り処理中、ローラ４Ａ～４Ｃによって支持されたワイヤ部３は、インゴット２の下にあるホルダ７に向かって下方向５に押し付けられ得る。端面(end face)６が、インゴット２の結晶学的ｃ面に平行であり、ワイヤ部３が、端面６に平行にインゴット２を通り抜けた場合、結果的に得られる各ウェーハ８Ａ～８Ｇは、結晶学的ｃ面に平行な「軸上」端面６’を有する。
【0004】
[0004]結晶学的ｃ面に平行ではない端面を有する隣接（オフカットまたは「軸外」としても知られる）ウェーハを製造することも可能である。他の材料（たとえば、ＡｌＮおよび他のＩＩＩ族窒化物）の高品質のエピタキシャル成長のための成長基板として、４度のオフカットを有する（たとえば、ＳｉＣの）隣接ウェーハが頻繁に使用される。隣接ウェーハは、インゴットをｃ軸から離れる方向に成長させることによって（たとえば、隣接シード材料上で成長させ、インゴットをインゴット側壁に対して垂直に鋸切ることによって）、または、インゴットを軸上シード材料から開始して成長させ、インゴット側壁に対して垂直から離れる角度でインゴットを切断することによって、製造され得る。
【0005】
[0005]半導体材料のワイヤソーイングは、様々な制限を含む。切断ごとに除去される材料の幅に基づくカーフ損失は、鋸切断(saw cutting)に固有であり、半導体材料のかなりの損失を表す。ワイヤソー切断は、ウェーハに適度に高い応力を加え、結果的に、ゼロ以外の湾曲および反り(warp)特性を得る。単一のブール（またはインゴット）の処理時間は非常に長く、断線などのイベントは処理時間を増加させ、望ましくない材料の損失につながる可能性がある。ウェーハの切断面に欠けや亀裂が生じことにより、ウェーハの強度が低下する場合がある。ワイヤソーイング処理の最後に、結果的に得られたウェーハから破片を取り除く必要がある。
【0006】
[0006]高い耐摩耗性（およびダイヤモンドや窒化ホウ素に匹敵する硬度）を有するＳｉＣの場合、ワイヤソーイングはかなりの時間とリソースを必要とし、それによってかなりの製造コストを伴い得る。ＳｉＣ基板は、望ましいパワーエレクトロニクス、無線周波数、およびオプトエレクトロニクスデバイスの製造を可能にする。ＳｉＣは、ポリタイプと呼ばれる多くの異なる結晶構造で発生し、特定のポリタイプ（たとえば、４Ｈ-ＳｉＣや６Ｈ-ＳｉＣ）は、六方晶の結晶構造を有する。
【0007】
【数1】
【0008】
[0008]図４Ａは、ｃ面（（０００１）面）に対する隣接ウェーハ１１Ａの配向を示す斜視ウェーハ配向図であり、（ウェーハ面９Ａに垂直である）ベクトル１０Ａは、［０００１］方向から傾斜角β傾斜している。この傾斜角βは、（０００１）面と、ウェーハ面９Ａの投影１２Ａとの間の直交傾斜角（または、誤配向角(misorientation angle)）βに等しい。図４Ｂは、隣接ウェーハ１１Ａが画定されたインゴット１４Ａ（たとえば、（０００１）面に平行な端面６Ａを有する軸上インゴット）の一部に重ねられた隣接ウェーハ１１Ａの簡略断面図である。図４Ｂは、隣接ウェーハ１１Ａのウェーハ面９Ａが、（０００１）面に対して傾斜角βずれていることを示す。
【0009】
【数2】
【0010】
[0010]ＳｉＣの作成と処理に関連付けられた問題のため、ＳｉＣデバイスウェーハは、他の様々な半導体材料のウェーハに比べてコストが高くなる。ワイヤソーイングＳｉＣから得られる典型的なカーフ損失は、ソーイング処理中の材料損失と、その後のソーイング後のウェーハの薄膜化、研削、またはつや出しを考慮すると、結果的に得られるウェーハの厚さに比べて大幅に大きくなる。ワイヤソーイングとデバイス製造の問題を考慮すると、約３５０μｍよりも薄いウェーハをスライスすることは現実的ではなかった。
【0011】
[0011]ワイヤソーイングに関連付けられた制限に対処するために、バルク結晶から半導体材料の薄膜層を除去するための代替技法が開発された。より大きな結晶から炭化ケイ素の層を除去することを含む１つの技法は、Ｋｉｍらによる「４Ｈ－ＳｉＣ ｗａｆｅｒ ｓｌｉｃｉｎｇ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒ ｄｏｂｕｌｅ ｐｕｌｓｅｓ」（フェムト秒レーザダブルパルスを使用することによる４Ｈ－ＳｉＣウェーハスライス）、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ２４５０、第７巻、第７号（２０１７年）に記載されている。そのような技法は、ＳｉＣにレーザパルスを衝突させて表面下損傷を誘発し、続いて結晶をロッキングジグ(jig)に接着し、引張力(tensile force)を加えて表面下損傷ゾーンに沿って破砕をもたらすことによるレーザ書込トラックの形成を伴う。レーザを使用して材料の特定の領域を弱めた後、それらの領域間の破砕(fracture)を行うと、レーザのスキャン時間が短縮される。
【0012】
[0012]レーザ表面下損傷の形成を含む別の分離技法は、Ｄｉｓｃｏ社の米国特許第９，９２５，６１９号によって開示される。レーザ表面下損傷線は、ＳｉＣインゴットを前方パスに移動し、レーザの焦点にインデクス付けを行い、次にインゴットを後方パスに移動し、レーザの焦点にインデクス付けを行うなどによって形成される。レーザ表面下損傷の形成により、インゴット内のｃ面に平行に伸びる内部亀裂が発生し、超音波振動がインゴットに加わり破砕が発生する。
【0013】
[0013]レーザ表面下損傷の形成を含む同様の分離技法は、Ｄｉｓｃｏ社の米国特許第１０，１５５，３２３号によって開示される。パルスレーザビームがＳｉＣインゴットに供給され、各々がフィード方向に８０％のオーバラップ率で直径１７μｍの複数の連続した変更部分を形成し、レーザの焦点にインデクス付けがなされ、変更部分形成ステップとインデクス付けステップとが交互に実行されて、インデクス方向において互いに隣接する亀裂が接続された分離層を生成する。その後、超音波振動がインゴットに加えられ、破砕される。
【0014】
[0014]バルク結晶から半導体材料の薄膜層を除去するための別の技法は、Ｓｉｌｔｅｃｔｒａ有限会社の米国特許公開第２０１８／０１２６４８４Ａ１号に開示される。レーザ放射が固体材料に衝突して剥離ゾーンまたは複数の部分剥離ゾーンを作成し、続いてポリマ受容層（たとえば、ＰＤＭＳ）を形成し、（任意選択で、高速回転と組み合わせて）冷却して、機械的応力を誘発し、固体材料の薄膜層を、剥離ゾーンに沿って材料の残りの部分から分離させる。
【0015】
[0015]半導体材料にレーザ表面下損傷を形成するためのツールは当該技術分野で知られており、Ｄｉｓｃｏ社（東京、日本）などの様々なプロバイダから市販されている。そのようなツールは、レーザ放射を結晶性基板の内部に集束させることを可能にし、基板に対するレーザの横方向の動きを可能にする。典型的なレーザ損傷パターンは、結晶材料基板内の深さで互いに横方向に間隔を置いて配置された平行線の形成を含む。焦点深さ、レーザ出力、平行移動速度などのパラメータは、レーザ損傷を与えるために調整され得るが、特定の要因の調整にはトレードオフを伴う。レーザ出力を上げると、表面下損傷が大きくなり、（たとえば、破砕を完了するために必要な応力を低減することによって）破砕が容易になる傾向があるが、表面下損傷が大きいと、破砕によって露出した表面に沿った表面の凹凸が大きくなるため、そのような表面をその後の処理（たとえば、電子デバイスへの組み込み）のために十分に滑らかにレンダリングするために、追加の処理が必要とされ得る。表面下レーザ損傷線間の横方向の間隔を狭くすると、破砕が容易になる場合があるが、レーザ損傷線間の間隔を狭くすると、基板とレーザとの間の並進パス(translational pass)の数が増え、ツールのスループットが低下する。それに加えて、レーザ処理によって得られる結果は、特定の垂直位置における横方向または半径方向の位置に応じて、および／または、インゴットの一部としての元の成長位置に対する基板面の垂直位置に応じて、基板内で変化し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
[0016]したがって、当該技術分野は、従来の方法に関連付けられた問題に対処する、基板から比較的薄い結晶材料の層を分離または除去するための、改善された方法を追及し続けている。
【課題を解決するための手段】
【0017】
[0017]重力による、または既存の結晶応力からの、そのようなウェーハの変形、湾曲、またはたるみ(sagging)に関連付けられた製造上の問題を低減するように構成された、意図的すなわち強制されたウェーハ形状(imposed wafer shape)を含む炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェーハおよび関連する方法が開示される。特定の実施形態では、意図的すなわち強制されたウェーハ形状は、そのシリコン面から緩和された正の湾曲(relaxed positive bow)を有するＳｉＣウェーハを備え得る。このようにして、ＳｉＣウェーハ、特に大面積のＳｉＣウェーハの変形、湾曲、またはたるみに関連付けられた影響が、低減され得る。特定の実施形態では、バルク結晶材料のカーフ損失を低減する、緩和された正の湾曲を有するＳｉＣウェーハを提供するための方法が開示される。そのような方法は、バルク結晶材料からのＳｉＣウェーハのレーザ支援された分離(laser-assisted separation)を含み得る。
【0018】
[0018]１つの態様では、結晶材料処理方法は、ＳｉＣを備えるバルク結晶材料を提供することと、バルク結晶材料からＳｉＣウェーハを分離することとを備え、ＳｉＣウェーハは、ＳｉＣウェーハのシリコン面から緩和された正の湾曲を形成し、バルク結晶材料からのＳｉＣウェーハの形成に関連付けられたカーフ損失は、２５０ミクロン（μｍ）未満である。特定の実施形態では、カーフ損失は、１７５μｍ未満であるか、または、１００μｍから２５０μｍを含む範囲内にある。特定の実施形態では、緩和された正の湾曲は、０μｍより大きく５０μｍまでの範囲内、または、０μｍより大きく４０μｍまでの範囲内、または、０μｍより大きく１５μｍまでの範囲内、または、３０μｍから５０μｍを含む範囲内、または、８μｍから１６μｍを含む範囲内にある。特定の実施形態では、ＳｉＣウェーハは、少なくとも２５０、または少なくとも３００、または少なくとも４００、または２５０から１０２０を含む範囲の直径対厚さ比を備える。特定の実施形態では、ＳｉＣウェーハは、ｎ型導電性ＳｉＣウェーハ、または半絶縁性ＳｉＣウェーハ、または意図せずにドープされたＳｉＣウェーハを備える。特定の実施形態では、ＳｉＣウェーハのカーボン面は、シリコン面から緩和された正の湾曲に対応する形状を備える。特定の実施形態では、緩和された正の湾曲によって画定されるシリコン面の輪郭は、ＳｉＣウェーハのカーボン面の輪郭とは異なる。
【0019】
[0019]別の態様では、結晶材料処理方法は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を備えるバルク結晶材料を提供することと、バルク結晶材料内に表面下レーザ損傷パターンを形成することと、ＳｉＣウェーハがＳｉＣウェーハのシリコン面から緩和された正の湾曲を備えるように、表面下レーザ損傷パターンに沿ってバルク結晶材料からＳｉＣウェーハを分離することとを備える。特定の実施形態では、緩和された正の湾曲は、０μｍより大きく５０μｍまでの範囲内、または、０μｍより大きく１５μｍまでの範囲内、または、３０μｍから５０μｍを含む範囲内、または、８μｍから１６μｍを含む範囲内にある。特定の実施形態では、表面下レーザ損傷パターンを形成することは、バルク結晶材料を横切るレーザ出力を可変的に調整して、分離後に、緩和された正の湾曲が提供されるように、表面下レーザ損傷パターンの非線形な輪郭を形成することを備える。特定の実施形態では、表面下レーザ損傷パターンを形成することは、バルク結晶材料を横切るレーザの焦点を可変的に調整して、分離後に、緩和された正の湾曲が提供されるように、表面下レーザ損傷パターンの非線形な輪郭を形成することを備える。特定の実施形態では、前記表面下レーザ損傷パターンを形成中のレーザ吸収が、表面下レーザ損傷パターンの非線形な輪郭を形成し、分離後に、緩和された正の湾曲が提供されるように、バルク結晶材料が、放射状ドーピングプロファイル(radial doping profile)で配置される。特定の実施形態では、ＳｉＣウェーハは、少なくとも２５０、または、少なくとも３００、または、少なくとも４００、または、２５０から１０２０を含む範囲内の直径対厚さ比を備える。特定の実施形態では、バルク結晶材料からＳｉＣウェーハを形成することに関連付けられたカーフ損失は、２５０ミクロン（μｍ）未満である。
【0020】
[0020]別の態様では、前述の態様のいずれか、および／または、本明細書に記載の様々な別個の態様および特徴を組み合わせて、追加の利点を得ることができる。本明細書において開示される様々な特徴および要素のいずれも、本明細書に反対に示されない限り、１つまたは複数の他の開示される特徴および要素と組み合わせることができる。
【0021】
[0021]当業者は、本開示の範囲を理解し、添付図面に関連する好適な実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後、その追加の態様を実現するであろう。
[0022]本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図面は、本開示のいくつかの態様を示しており、説明とともに、本開示の原理を説明するのに役立つ。
[0022]本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図面は、本開示のいくつかの態様を示しており、説明とともに、本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】[0023]図１は、従来のワイヤソーツールによって受け取られ、ワイヤソーイング処理されたインゴットの斜視図を提供する第１のフレームと、ワイヤソーイング処理によって得られた複数のウェーハの斜視図を提供する第２のフレームとを含む図である。
【数3】
【図10】[0035]図１０Ａは、レーザ放射を裸の基板へ集束することによる、結晶材料の基板における表面下レーザ損傷の形成の概略断面図である。図１０Ｂは、レーザ放射をキャリアによって支持された基板の表面を通って集束することによる、結晶材料の基板における表面下レーザ損傷の形成の概略断面図である。図１０Ｃは、レーザ放射を、キャリアおよび接着剤層を通って基板へ集束することによる、結晶材料の基板における表面下レーザ損傷の形成の概略断面図である。図１０Ｄは、レーザ放射を、キャリアを通って基板へ集束することによる、結晶材料の基板における表面下レーザ損傷の形成の概略断面図である。
【図12】[0037]図１２は、第１および第２の表面下レーザ損傷パターンの垂直範囲がオーバラップする、第１の表面下レーザ損傷パターンで記録された第２の表面下レーザ損傷パターンの形成後の図１１のバルク結晶材料の概略断面図である。
【図18】[0043]図１８は、シード結晶からその中心部分に沿ってバルク結晶材料の厚さ全体にわたって上方に延びる、円筒形状のより高いドーピング領域を示す、シード結晶上のＳｉＣのバルク結晶材料の概略側断面図である。
【図20】[0045]図２０は、シード結晶からその中心部分に沿ってバルク結晶材料の厚さ全体にわたって上方に延びる、フルスト円錐形状(frustoconically shaped)のより高いドーピング領域を示す、シード結晶上のＳｉＣのバルク結晶材料の概略側断面図である。
【図21】[0046]図２１は、シード結晶の中心に対する非中心位置でシード結晶から上向きに、そしてバルク結晶材料の全体厚さにわたって上向きに延びるフルスト円錐形状のより高いドーピング領域を示す、シード結晶上のＳｉＣのバルク結晶材料の概略側断面図である。
【図24】[0049]図２４Ａは、重力効果を補正しながら、緩和された正の湾曲を定量化するための、エッジ支持測定中のＳｉＣウェーハの概略側断面図である。図２４Ｂは、重力効果を補正しながら、緩和された正の湾曲を定量化するための、エッジ支持測定中のＳｉＣウェーハの概略側断面図である。図２４Ｃは、重力効果を補正しながら、緩和された正の湾曲を定量化するための、エッジ支持測定中のＳｉＣウェーハの概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
[0053]以下に記載される実施形態は、当業者が実施形態を実践することを可能にするために必要な情報を表し、実施形態を実践する最良のモードを例示する。当業者は、添付図面に照らして以下の説明を読むことで、本開示の概念を理解し、本明細書で特に扱われていないこれらの概念の適用を認識するであろう。これらの概念および適用は、本開示および付随する特許請求の範囲に含まれることを理解されたい。
【0024】
[0054]本明細書では、第１、第２などの用語を使用して様々な要素を説明することができるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。たとえば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の要素は、第２の要素と呼ばれ得、同様に、第２の要素は、第１の要素と呼ばれ得る。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連付けられたリストされた項目のうちの１つまたは複数の任意の、およびすべての組合せを含む。
【0025】
[0055]層、領域、または基板などの要素が、別の要素「に」ある、または「上の方に」延びていると呼ばれる場合、それは、他の要素「に」直接ある、または「上の方に」直接延びることができ、または介在する要素もまた存在し得ることが理解されよう。対照的に、要素が別の要素「に直接」ある、または「上の方に直接」延びていると呼ばれる場合、介在する要素は存在しない。同様に、層、領域、または基板などの要素が、別の要素の「上方に」ある、または「上方に」延びていると呼ばれる場合、それは、他の要素の上方に直接あるか、または直接延びることができるか、あるいは、介在する要素が存在する場合もあることが理解されよう。対照的に、要素が別の要素の「上方に直接」にある、または「上方に直接」に延びていると呼ばれる場合、介在する要素は存在しない。ある要素が別の要素に「接続されている」または「結合されている」と呼ばれる場合、それは他の要素に直接接続または結合され得るか、または介在する要素が存在し得ることも理解されよう。対照的に、要素が別の要素に「直接接続されている」または「直接結合されている」と呼ばれる場合、介在する要素は存在しない。
【0026】
[0056]「～より下」または「～より上」または「上側」または「下側」または「水平」または「垂直」などの相対的な用語は、本明細書では、図面に示すように、ある要素、層、または領域の、別の要素、層、または領域に対する関係を説明するために使用され得る。これらの用語および上記で論じられた用語は、図面に示されている配向に加えて、デバイスの異なる配向を包含することを意図していることが理解されよう。
【0027】
[0057]本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本開示を限定することは意図されていない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用される場合、「備える」、「備えている」、「含む」、および／または、「含んでいる」という用語は、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。
【0028】
[0058]別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本開示が属する当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、本明細書および関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解される。
【0029】
[0059]重力による、または既存の結晶応力からの、そのようなウェーハの変形、湾曲、またはたるみに関連付けられた製造上の問題を低減するように構成された、意図的すなわち強制されたウェーハ形状を含む炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェーハ、および関連する方法が開示される。特定の実施形態では、意図的すなわち強制されたウェーハ形状は、そのシリコン面から緩和された正の湾曲を有するＳｉＣウェーハを備え得る。このようにして、ＳｉＣウェーハ、特に大面積のＳｉＣウェーハの変形、湾曲、またはたるみに関連付けられた影響が、低減され得る。特定の実施形態では、バルク結晶材料のカーフ損失を低減する、緩和された正の湾曲を有するＳｉＣウェーハを提供するための方法が開示される。そのような方法は、バルク結晶材料からのＳｉＣウェーハのレーザ支援された分離を含み得る。
【0030】
[0060]このようにして、ＳｉＣウェーハに意図的すなわち強制された形状を提供すると同時に、従来のウェーハ分離および成形プロセスと比較してカーフ損失を低減する処理技法が開示される。
【0031】
[0061]本明細書で使用される場合、「基板」は、単結晶半導体材料などの結晶材料を指し、任意選択でインゴットまたはウェーハを備える。特定の実施形態では、基板は、（ｉ）１つまたは複数の半導体材料層のエピタキシャル堆積を支持するために表面処理（たとえば、ラップ仕上げおよびつや出し）され、任意選択で（ｉｉ）剛性キャリアから分離された場合に自立する(free-standing)ために、十分な厚さを有し得る。特定の実施形態では、基板は、全体的に円筒形または円形状を有し得、および／または、２００ミクロン（μｍ）、３００μｍ、３５０μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ミリメートル（ｍｍ）、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１センチメートル（ｃｍ）、２ｃｍ、５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、またはそれ以上のうちの少なくとも約１つまたは複数の厚さを有し得る。特定の実施形態では、基板は、２つのより薄いウェーハに分割可能なより厚いウェーハを含み得る。特定の実施形態では、基板は、複数の電気的に動作するデバイスを備えたデバイスウェーハの一部としてその上に配置された（任意選択で１つまたは複数の金属接点と連携する）１つまたは複数のエピタキシャル層を有する、より厚い基板またはウェーハの一部であり得る。デバイスウェーハは、本開示の態様に従って分割され、より薄いデバイスウェーハと、続いて（任意選択で、１つまたは複数の金属接点と連携する）１つまたは複数のエピタキシャル層が形成され得る、第２のより薄いウェーハとを生成し得る。特定の実施形態では、基板は、１５０ｍｍ以上、または２００ｍｍ以上の直径を備え得る。特定の実施形態では、基板は、直径が１５０ｍｍ、２００ｍｍ、またはそれ以上であり、厚さが１００から１０００μｍの範囲、または、１００から８００μｍの範囲、または、１００から６００μｍの範囲、または、１５０から５００μｍの範囲、または、１５０から４００μｍの範囲、または、２００から５００μｍの範囲、または、他の任意の厚さ範囲にあるか、または、本明細書で指定された他の任意の厚さの値を有する、４Ｈ－ＳｉＣを備え得る。特定の実施形態では、「基板」および「ウェーハ」という用語は、ウェーハが、その上に形成され得る半導体デバイスの基板として典型的に使用されるので、置換可能に使用され得る。したがって、基板またはウェーハは、より大きなまたはバルクの結晶材料または基板から分離された自立型の結晶材料を指し得る。
【0032】
[0062]本明細書で使用される場合、「カーフ損失」は、バルク結晶材料から個々のウェーハを形成することに関連付けられた材料損失の総量を指す。カーフ損失は、バルク結晶材料から除去された材料の全幅または高さから、結果的に得られるウェーハの最終的な厚さを差し引いたものに基づくことができる。カーフ損失は、バルク結晶材料からのウェーハの分離プロセス、および、１つまたは複数のウェーハ表面の研削またはつや出しを含む、ウェーハに適用される後続の処理ステップに関連付けられ得る。
【0033】
[0063]本明細書で使用される場合、ウェーハの「正の湾曲」は、一般に、ウェーハのデバイス面から外側に屈曲、湾曲、または反った形状、たとえば、デバイス面からの凸形状を指す。また、本明細書で使用される場合、「緩和された正の湾曲」は、重力によるウェーハの曲げが無視されている間に確立されるウェーハの正の湾曲を指す。ＳｉＣウェーハは、一般に、カーボン面に対向するシリコン面を形成し、その間にウェーハの厚さが形成される。多くの半導体用途では、デバイスは通常、ＳｉＣウェーハのシリコン面に形成される。ウェーハの湾曲、反りなどは、シリコン面とカーボン面とのうちの１つまたは複数が、基準面からの表面ずれを形成するときに発生する。したがって、ＳｉＣウェーハの正の湾曲または緩和された正の湾曲は、一般に、ＳｉＣウェーハのシリコン面から外側に屈曲、湾曲、または反った形状、たとえば、シリコン面からの凸形状を指す。特定の実施形態では、カーボン面の形状は、ＳｉＣウェーハのシリコン面の正の湾曲または緩和された正の湾曲に対応し得る。他の実施形態では、シリコン面のみが、正の湾曲または緩和された正の湾曲を形成し得る。
【0034】
[0064]半導体用途のウェーハは、その上にデバイスを形成するための多くの異なる半導体デバイス製造技法に供され得る。そのような製造技法のうちの１つは、とりわけ、化学蒸着および金属有機化学蒸着を含む、デバイス構造を形成するための薄膜のエピタキシャル成長である。エピタキシャル成長中、ウェーハは通常、成長チャンバ内のサセプタ上に支持される。チャンバとサセプタは適切な温度に加熱され、成長チャンバ内の分解されたソースガスからウェーハ上に薄膜の堆積を発生させる。成長中、ウェーハは、サセプタの個々のポケットに支持され得る。特に、サセプタは、ウェーハがウェーハの周囲に沿った複数の点によって支持されるポケット内にエッジ支持構成を提供し得る。この構成は、ウェーハの中央部分と、ポケット内にあるサセプタの底面との分離を提供する。比較的薄い厚さ（たとえば、８００μｍ以下）を有する、より大きな直径のウェーハ（たとえば、特定の実施形態では１５０ｍｍ以上）の場合、重力および／または様々な動作条件により、処理中に、ウェーハがたるむか、さもなければサセプタポケットの底面に向かって変形する可能性がある。このようにして、ウェーハのたるみは、ウェーハとサセプタとの間に可変距離を形成し、それにより、堆積中にウェーハを横切る不均一な温度プロファイルを作成し、その上の薄膜の不均一な成長に寄与する場合がある。それに加えて、クリーニングや昇華のステップを含む、エピタキシ中の他の温度関連のステップも、ウェーハのたるみの影響を受ける可能性がある。
【0035】
[0065]本明細書において開示される実施形態によれば、ＳｉＣウェーハおよびＳｉＣウェーハを提供するための関連する方法は、重力から、またはウェーハ内の既存の結晶応力から生じ得るウェーハの変形またはたるみに関連付けられた製造上の問題を低減するように構成された、意図的すなわち強制された形状を備える。強制された形状は、シリコン面から緩和された正の湾曲を有するＳｉＣウェーハを備え得る。したがって、エピタキシャル成長用途の場合、ＳｉＣウェーハのシリコン面は、最初にサセプタから離れるように湾曲するように構成され得、その後、成長中、ウェーハのたるみは、サセプタと、より平坦な構成を有するようにシリコン面を配置し、それにより、その上に成長したエピタキシャル層の均一性を改善する。特定の実施形態では、バルク結晶材料からＳｉＣウェーハを分離する方法は、バルク結晶材料内にレーザ表面下損傷を形成し、続いて、レーザ表面下損傷に沿ってバルク結晶材料からＳｉＣウェーハを分離することを備える。特定の実施形態では、結果的に得られるＳｉＣウェーハの形状は、形成されたレーザ表面下損傷領域の形状によって少なくとも部分的に決定される。たとえば、レーザ表面下損傷は、分離されたときに、ウェーハがシリコン面から緩和された正の湾曲で形成されるように、バルク結晶材料内に、湾曲方式で提供され得る。このようにして、ＳｉＣウェーハに、意図的すなわち強制された形状を提供すると同時に、従来のウェーハ分離および成形プロセスと比較してカーフ損失を低減する処理技法が開示される。
【0036】
[0066]本明細書において開示される方法は、単結晶および多結晶の両方の種類の様々な結晶材料の基板またはウェーハに適用され得る。特定の実施形態では、本明細書において開示される方法は、立方晶、六方晶、および他の結晶構造を利用することができ、軸上および軸外の結晶学的配向を有する結晶材料に関し得る。特定の実施形態では、本明細書において開示される方法は、半導体材料および／またはワイドバンドギャップ材料に適用され得る。例示的な材料は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、およびダイヤモンドを含むが、これらに限定されない。特定の実施形態では、そのような方法は、４Ｈ-ＳｉＣ、６Ｈ-ＳＩＣ、またはＩＩＩ族窒化物材料（たとえば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、またはＡｌＩｎＧａＮ）などの六方晶結晶構造を有する単結晶半導体材料を利用し得る。以下に記載される様々な例示的な実施形態は、一般にＳｉＣまたは具体的には４Ｈ－ＳｉＣに言及しているが、他の適切な結晶材料を使用できることを理解されたい。様々なＳｉＣポリタイプの中でも、４Ｈ-ＳｉＣポリタイプは、その高い熱伝導率、広いバンドギャップ、および等方性電子移動度により、パワーエレクトロニクスデバイスにとって特に魅力的である。バルクＳｉＣは、（ｃ面からの意図的な角度偏差がなく、ドープされていないか、または半絶縁性の材料を形成するのに適している）軸上において、または（通常は、ｃ軸のようにゼロ以外の角度で成長軸から逸脱し、Ｎドープまたは高導電性材料の形成に適し得るような、通常、０．５から１０度の範囲（または、２から６度のようなそのサブ範囲、または別のサブ範囲）にある）軸外において成長され得る。本明細書において開示される実施形態は、軸上および軸外の結晶材料、ならびにドープされた、および意図せずにドープされた結晶性半導体材料に適用され得る。特定の実施形態において、結晶材料は、単結晶材料を含み得る。本明細書において開示される特定の実施形態は、軸上４Ｈ－ＳｉＣを、または１から１０度、または２から６度、または約４度の範囲のオフカットを有する隣接（軸外）４Ｈ－ＳｉＣを利用し得る。
【0037】
[0067]図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、本明細書において開示される方法で利用され得るインゴットの形態の軸上および軸外のバルク結晶材料を概略的に示す。図６Ａは、ｃ方向（すなわち、４Ｈ-ＳｉＣのような六方晶結晶構造材料の場合は［０００１］方向）に対して垂直である第１の端面１６および第２の端面１７を有する結晶材料の軸上インゴット１５の側立面概略図である。図６Ｂは、図６Ａのインゴット１５の側立面概略図であり、４度回転され、端面１６、１７に近接するインゴット１５の端部を切断および除去するための（破線で示される）重ねられたパターン１８を備える。図６Ｃは、図６Ｂのインゴット１５から形成された軸外インゴット１５Ａの側立面概略図であり、その後、端部を除去して、ｃ方向に対して非垂直な新しい第１の端面１６Ａおよび第２の端面１７Ａを提供する。第１の深さのレーザ放射が、インゴット１５の端面１６を介して供給され、表面下レーザ損傷を形成する場合、キャリア（図示せず）が端面１６に結合され、インゴット１５が表面下レーザ損傷に沿って破砕され、その後、軸上ウェーハが形成され得る。逆に、第１の深さのレーザ放射が、軸外インゴット１５Ａの端面１６Ａを通して供給され、表面下レーザ損傷を形成する場合、キャリア（図示せず）が端面１６Ａに結合され、インゴット１５Ａが表面下レーザ損傷に沿って破砕され、その後、軸外ウェーハが形成され得る。
【0038】
[0068]結晶材料にレーザ表面下損傷を形成するためのツールは当該技術分野で知られており、Ｄｉｓｃｏ社（東京、日本）などの様々なプロバイダから市販されている。そのようなツールは、レーザ放射を、結晶材料基板の内部に集束させることを可能にし、基板に対するレーザの横方向の動きを可能にする。当該技術分野における典型的なレーザ損傷パターンは、結晶性基板内の深さで互いに横方向に間隔を置いて配置された平行線の形成を含む。焦点深さ、レーザ出力、平行移動速度、および表面下損傷線間隔などのパラメータを調整して、レーザ損傷を与えることができるが、特定の要因の調整にはトレードオフを伴う。レーザ出力を上げると、（たとえば、破砕を完了するために必要な応力を減らすことによって）破砕の容易さを高める可能性のある表面下損傷が大きくなる傾向があるが、表面下損傷が大きくなると、破砕によって露出した表面に沿った表面の凹凸が大きくなるため、そのような表面をその後の処理（たとえば、電子デバイスへの組み込み）のために十分滑らかにレンダリングするために、追加の処理が必要とされ得、追加の処理は、追加のカーフ損失をもたらす。表面下レーザ損傷線間の横方向の間隔を狭くすると、破砕が容易になる場合があるが、レーザ損傷線の間隔を狭くすると、基板とレーザとの間の並進パスの数が増え、ツールのスループットが低下する。
【0039】
[0069]図７は、結晶材料３０の内部内にレーザ放射を集束させて、表面下損傷４０を形成するように構成されたレーザツール２９の一例の斜視概略図である。結晶材料３０は、上面３２と、対向する下面３４とを含み、結晶材料３０の内部の上面３２と下面３４との間に表面下損傷４０が形成される。レーザ放射３６は、レンズアセンブリ３５で集束されて、集束ビーム３８を生成し、その焦点は、結晶材料３０の内部にある。そのようなレーザ放射３６は、任意の適切な周波数（通常、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒の範囲）およびビーム強度で、結晶材料３０のバンドギャップより低い波長でパルス化され得、レーザ放射３６が、その表面の下方にある目標深さに集束されることを可能にする。焦点では、ビームサイズと短いパルス幅により、エネルギー密度が十分高くなり、表面下損傷を形成する非常に局所的な吸収が発生する。レンズアセンブリ３５の１つまたは複数の特性を変更して、集束ビーム３８の焦点を、結晶材料３０内の所望の深さに調整することができる。破線４２によって概略的に示されるように、レンズアセンブリ３５と結晶材料３０との間の相対的な横方向の動き（たとえば、横方向の並進）は、表面下損傷４０を所望の方向に伝播するようにもたらされ得る。そのような横方向の動きは、以下に説明するパターンを含む様々なパターンで繰り返すことができる。
【0040】
[0070]図８Ａおよび図８Ｂは、結晶材料内に表面下損傷を形成するための、結晶材料に対する例示的なレーザツールの移動パスを提供する。特定の実施形態では、（たとえば、レンズアセンブリを含む）レーザツール部分は、結晶材料が静止している間に移動するように構成され得、他の実施形態では、結晶材料がツール部分に対して移動する間、レーザツール部分は静止状態に保たれ得る。図８Ａは、第１の結晶材料４５Ａ内に横方向に間隔を置いた平行線のパターンで表面下損傷を形成するのに適した反転ｙ方向線形走査運動４６を示す。図８Ｂは、結晶材料４５Ｂにわたって分布する平行な表面下レーザ損傷線を形成するのに十分な、第２の結晶材料４５Ｂの表面全体上の（およびそれを超えた）（ｙ方向における各反転時にｘ方向にわずかに前進する）ｙ方向線形走査運動４８を示す。図示されるように、レーザ損傷線は、結晶材料４５Ｂの表面に沿った結晶材料４５Ｂの六方晶結晶構造の
【0041】
【数4】
【0042】
方向に垂直であり、結晶材料４５Ｂの表面に実質的に平行である。特定の実施形態では、追加の表面下レーザ損傷線が、平行な表面下レーザ損傷線と散在していてもよい。他の実施形態では、表面下レーザ損傷線および散在する表２面下レーザ損傷線の、様々な組合せおよびパターンを提供することができる。
【0043】
[0071]ｙ方向に形成され、各ｙ方向の反転後にｘ方向に一方向に前進するレーザ線を用いた結晶材料の表面全体のカバレッジは、レーザ損傷形成のシングルパスと呼ばれ得る。特定の実施形態では、表面下損傷を形成するための結晶材料のレーザ処理は、２、３、４、５、６、７、または８回のパス、または他の任意の適切な数のパスで実行され得る。より低いレーザ出力でパスの数を増やすと、カーフの損失を低減できる。材料損失とプロセス速度との所望のバランスを達成するために、破砕ステップの実行前に、所望されるレーザ表面下損傷形成パスの数は、２から５回のパス、または３から４回のパスであることが知られている。
【0044】
[0072]特定の実施形態では、隣接するレーザ表面下損傷線間の横方向間隔は（単一パスまたは複数パスで形成されるかに関わらず）、８０から４００μｍを含むか、１００から３００μｍを含むか、または１２５から２５０μｍを含む範囲であり得る。隣接するレーザ表面下損傷線間の横方向の間隔は、レーザ処理時間、破砕の容易さ、および（ｃ面の配向または誤配向に応じて）有効なレーザ損傷深さに影響を与える。
【0045】
[0073]結晶材料に表面下レーザ損傷線を形成すると、レーザ損傷線から外側に（たとえば、横方向に外側に）伝播する材料の内部に小さな亀裂が形成されることが観察された。そのような亀裂は、実質的に、または、主にｃ面に沿って広がっているように見える。そのような亀裂の長さは、（パルス周波数とパルスあたりのエネルギーの積として計算され得る）レーザ出力レベルに機能的に関連しているように見える。特定の距離離れて配置された隣接するレーザ表面下損傷線について、そのようなレーザ表面下損傷線を形成する際のレーザ出力の増加は、レーザ表面下損傷線間を接続または結合する亀裂の能力を増加させる傾向があることが観察され、これは破砕の容易さを促進するために望ましい。
【0046】
[0074]レーザ損傷形成を受ける結晶材料が、軸外（すなわち、非ｃ面）配向（たとえば、０．５～１０度、１～５度、または別の誤配向の範囲）を含む場合、そのような誤配向は、所望されるレーザ損傷線間隔に影響を与える可能性がある。
【0047】
[0075]ＳｉＣ基板は、たとえば、ｃ面に対して斜めの角度で軸外に位置合わせされていない表面を含み得る。軸外基板は、隣接基板と呼ばれることもある。そのような基板を破砕した後、破砕されたままの表面は、テラスおよびステップを含み得る（これらは、その後、研削およびつや出しなどの表面処理によって平滑化され得る）。図９は、破砕後、平滑化前の、軸外４Ｈ－ＳｉＣ結晶５０の（ｃ軸基底面５６に対して角度Ａを有する）表面構造の斜視概略図である。破砕面は、ｃ軸基底面５６に対してステップ５２およびテラス５４を示す。４度の軸外面の場合、２５０μｍのテラス幅の場合、ステップの高さは理論上約１７μｍである。表面下レーザ損傷を有する４Ｈ-ＳｉＣ結晶の場合、レーザ線間の間隔が２５０μｍの場合、幅が２５０μｍのテラスを形成する。破砕後、ステップ状の表面は、その上の１つまたは複数の層のエピタキシャル成長に備えて、滑らかに研削され、平坦化され、つや出しされる。
【0048】
【数5】
【0049】
[0077]隣接する表面下レーザ損傷線間の間隔が大きすぎると、結晶材料の破砕が抑制される。隣接する表面下レーザ損傷線間の間隔が小さすぎると、ステップの高さを低減する傾向があるが、垂直ステップの数が増え、垂直ステップの数が増えると、通常、破砕を完了するためにより大きな分離力が必要となる。
【0050】
[0078]隣接するレーザ損傷線間の間隔を、小さすぎる距離まで低減すると、収量が低下し、処理時間とコストが大幅に増加する可能性がある。ＳｉＣ分解のためには、最小のレーザエネルギーしきい値が必要とされる。この最小エネルギーレベルが、約１００μｍ間隔の２つのレーザ線間に、接続された亀裂を作成する場合、レーザ線間隔をこのしきい値未満に低減すると、カーフ損失を低減するという観点から、ほとんど利点がない。
【0051】
[0079]破砕によって露出した結晶材料の表面粗さは、ロボット掃除機などのその後の取り扱いだけでなく、主要な消耗品の費用である砥石の摩耗にも影響を与える可能性がある。粗さは、半導体材料の結晶構造に対する表面下レーザ損傷線の間隔と、そのような表面下損傷線の配向との両方によって影響を受ける。表面下損傷線間のギャップを低減することは、潜在的なステップの高さを単に減らすだけである。軸外のレーザ表面下損傷線を提供すると、レーザ損傷領域に存在するはずの長い平行なステップが分割される傾向があり、ｃ面の傾斜または曲率からの影響を、少なくともある程度軽減するのにも役立つ。レーザ線が、基板の平面に垂直である場合、ｃ面に沿ったレーザ線に平行な劈開面(cleave plane)は、平面からウェーハの反対側の湾曲した端まで約１５０ｍｍ伸びる。（ＳｉＣ基板に共通する）ｃ面の傾斜または曲率のわずかな偏差は、破砕が伝播するときに面のジャンプを強制するため、破面に大きな変動を生じさせる可能性がある。軸外レーザ表面下損傷線を提供することの欠点は、そのような表面下損傷線は、一般に、隣接するレーザ線の間に、接続された亀裂を形成するために、レーザ出力を増加させる必要があることである。したがって、特定の実施形態では、（一次平面に垂直である）軸上レーザ表面下損傷線と、軸外レーザ表面下損傷線との組合せを形成すると、隣接するレーザ線間に、接続された亀裂を形成するために、レーザ出力を過度に増加させる必要なく、破面における過度の変動を回避している間、良好なバランスを提供する。
【0052】
[0080]特定の実施形態では、１０６４ナノメートル（ｎｍ）の波長を有するレーザを使用して、本明細書において開示される方法を実施することができ、本発明者らは、４Ｈ－ＳｉＣの処理の経験を積んでいる。特定の実施形態では、広範囲のパルス周波数を使用することができるが、１２０キロヘルツ（ｋＨｚ）から１５０ｋＨｚのパルス周波数が成功裡に適用されてきた。レーザと、処理される基板との間の、毎秒９３６ミリメートル（ｍｍ／ｓ）の並進ステージ速度が、成功裡に適用されたが、特定の実施形態では、望ましいレーザパルスのオーバラップを維持するために、レーザ周波数を適切に調整して、より高いまたはより低い並進ステージ速度を使用することができる。ドープされたＳｉＣ材料に表面下レーザ損傷を形成するための平均レーザ出力範囲は、３ワット（Ｗ）から８Ｗの範囲であり、ドープされていないＳｉＣ材料の場合は１Ｗから４Ｗの範囲である。レーザパルスエネルギーは、周波数で除されたパワーとして計算され得る。３ｎｓから４ｎｓのレーザパルス幅を使用することができるが、他の実施形態では、他のパルス幅を使用することができる。特定の実施形態では、０．３から０．８の範囲のレーザレンズ開口数（ＮＡ）を使用することができる。ＳｉＣの処理に関する実施形態では、空気（約１）からＳｉＣ（約２．６）への屈折率の変化を考慮すると、処理されるべきＳｉＣ材料の内部で屈折角の大幅な変化が発生し、所望する結果を達成するために。レーザレンズＮＡと収差補正とが重要になる。
【0053】
[0081]特定の実施形態では、本明細書において開示される半導体材料処理方法は、以下の項目および／またはステップのうちのいくつかまたはすべてを含み得る。第２のキャリアウェーハは、結晶材料基板（たとえば、インゴット）の底側に取り付けられ得る。その後、結晶材料基板の上面は、レーザエネルギーを伝達するための表面を準備するために、約５ｎｍ未満の平均表面粗さＲａを提供するように、研削またはつや出しされ得る。次に、レーザ損傷は、結晶材料基板内の所望の１つまたは複数の深さで与えられ得、レーザ損傷トレースの間隔および方向は、任意選択で、結晶材料基板の結晶配向に依存する。第１のキャリアは、結晶材料基板の上面に結合され得る。第１のキャリアにリンクされた識別コードまたは他の情報は、結晶材料基板から導出されるウェーハに関連付けられる。あるいは、製造中および製造後のウェーハのトレーサビリティを容易にするために、分離前に、（キャリアではなく）ウェーハにレーザマーキングを適用することができる。次に、結晶材料基板は、表面下レーザ損傷領域に沿って分離または破砕されて、第１のキャリアに結合された半導体材料基板の一部と、第２のキャリアに結合された結晶材料基板の残りの部分とを提供する。半導体材料基板の除去された部分と、半導体材料基板の残りの部分との両方が滑らかに研磨され、必要に応じて洗浄されて、残留する表面下レーザ損傷が除去される。半導体材料基板の除去された部分は、キャリアから分離され得る。その後、半導体材料基板の残りの部分を使用して、このプロセスを繰り返すことができる。
【0054】
[0082]特定の実施形態では、レーザ表面下損傷は、基板を剛性キャリアに結合する前に、結晶材料基板に形成され得る。特定の実施形態では、所望の波長のレーザ放射に対して透明である剛性キャリアは、表面下レーザ損傷の形成前に、結晶材料基板に結合され得る。そのような実施形態では、レーザ放射は、任意選択で、剛性キャリアを通って結晶材料基板の内部へ伝達され得る。異なるキャリア基板表面下レーザ形成構成が、図１０Ａ～図１０Ｄに示される。図１０Ａは、裸の基板６２の表面を通って集束されて、基板６２内に表面下レーザ損傷６３を形成するレーザ放射６１の概略図であり、それにより、表面下レーザ損傷の形成後に、剛性キャリアを基板６２に固定することができる。図１０Ｂは、基板６２の表面を通って集束され、基板６２内に表面下レーザ損傷６３を形成するレーザ放射６１の概略図であり、基板６２は、接着剤６４を使用して剛性キャリア６６に事前に結合されている。図１０Ｃは、剛性キャリア６６および接着剤６４を通って集束されて、事前に剛性キャリア６６に結合されている基板６２内に表面下レーザ損傷６３を形成するレーザ放射６１の概略図である。特定の実施形態では、剛性キャリア６６から遠位の基板６２の表面は、１つまたは複数のエピタキシャル層および／またはメタライゼーション層を含み得、基板６２は、表面下レーザ損傷６３の形成前に動作可能な電気デバイスを具現化する。図１０Ｄは、（たとえば、陽極結合または他の無接着手段によって）剛性キャリア６６へ事前に結合されている基板６２内に表面下レーザ損傷６３を形成するために、剛性キャリア６６を介して（介在する接着剤層なしで）基板６２へ集束されるレーザ放射６１の概略図である。
【0055】
[0083]特定の実施形態では、第１の深さを中心とする最初の表面下レーザ損傷は、結晶材料基板の内部内に形成され得、第２の深さを中心とする追加の表面下レーザ損傷は、基板の内部内に形成され得、追加の表面下レーザ損傷は、最初の表面下レーザ損傷で実質的に記録され、追加の表面下レーザ損傷の少なくとも一部の垂直範囲は、最初のレーザ損傷の少なくとも一部の垂直範囲とオーバラップする。言い換えると、異なる深さでレーザ損傷を与えるように構成された１つまたは複数の後続のパスを、１つまたは複数の前のパスの上に追加して、垂直範囲がオーバラップする、表面下レーザ損傷を提供することができる。特定の実施形態では、オーバラップする表面下損傷の追加は、１つまたは複数の前の表面下レーザ損傷形成ステップが不完全であったことを、破砕前に、（たとえば、光学分析によって）判定することに応じて実行され得る。異なる深さにおいてオーバラップする表面下レーザ損傷の形成は、複数の散在する表面下レーザ損傷パターンの形成を含む（がこれらに限定されない）、本明細書における他の任意の方法ステップと組み合わせて実行され得る。
【0056】
[0084]図１１は、バルク結晶材料７０の第１の表面７４に対して形成された第１の表面下レーザ損傷パターン７２を含むバルク結晶材料７０の概略断面図であり、第１の表面下レーザ損傷パターン７２は、レーザ７６の集束された放射によって生成される。第１の表面下レーザ損傷パターン７２は、複数のレーザ損傷領域７２’によって形成され、各領域は、第１の表面７４と、対向する第２の表面８０との間のバルク結晶材料７０の内部内に留まる垂直範囲７８を有する。特定の実施形態では、バルク結晶材料７０はバルクＳｉＣを備え、第１の表面７４は、バルク結晶材料７０のカーボン面を備え、第２の表面８０は、バルク結晶材料７０のシリコン面を備える。例示されるように、第１の表面下レーザ損傷パターン７２は、非線形な形状で形成され得る。特に、第１の表面下レーザ損傷パターン７２は、バルク結晶材料７０内の湾曲形状で示される。このようにして、バルク結晶材料７０が、第１の表面下レーザ損傷パターン７２に沿って分離されるとき、結果的に得られるＳｉＣウェーハのシリコン面の形状は、第１の表面下レーザ損傷パターン７２によって少なくとも部分的に画定される。たとえば、第１の表面下レーザ損傷パターン７２の湾曲形状は、結果的に得られるＳｉＣウェーハのシリコン面から緩和された正の湾曲を提供し得る。
【0057】
[0085]図１２は、異なる深さを中心とし、第１の表面下レーザ損傷パターン７２で記録された第２の表面下レーザ損傷パターン８２の形成後の図１１のバルク結晶材料７０の概略断面図であり、第２の表面下レーザ損傷パターン８２の垂直範囲８４が、損傷オーバラップ領域８６における第１の表面下レーザ損傷パターン７２の垂直範囲７８とオーバラップする。特定の実施形態では、バルク結晶材料７０のその後の破砕は、損傷オーバラップ領域８６に沿って、または損傷オーバラップ領域８６を介して実行され、シリコン面から緩和された正の湾曲を有するＳｉＣウェーハを少なくとも部分的に形成し得る。特定の実施形態では、研削またはつや出しなどの追加の製造ステップを、分離後に第１の表面７４に適用して、シリコン面とカーボン面との両方が同様の非線形な形状を備える、ＳｉＣウェーハを結果的に提供することができる。
【0058】
[0086]特定の実施形態では、表面下レーザ損傷線は、他の（たとえば、事前に形成された）表面下レーザ損傷線で記録されることなく、および／または、最初および後続のレーザ損傷の垂直範囲が、特徴的にオーバラップすることなく、基板内の異なる深さで形成され得る。特定の実施形態では、表面下レーザ損傷の散在パターンは、異なるグループが基板の表面に対して異なる深さに集束されるレーザ線のグループを含み得る。特定の実施形態では、基板の内部内のレーザの放射の集束深さは、レーザ線の異なるグループ（たとえば、第１および第２のグループ、第１から第３のグループ、第１から第４のグループなどのうちの少なくとも２つの異なるグループ）間で、約２μｍから約５μｍの範囲の距離、（すなわち、約２μｍから約５μｍ）異なる。バルク結晶材料内に表面下レーザ損傷を形成した後、本明細書において開示されるような破砕プロセスを適用（たとえば、ＣＴＥミスマッチキャリアの冷却、超音波エネルギーの適用、および／または機械力の適用）により、表面下レーザ損傷領域に沿ってバルク結晶材料を破砕し、結晶材料の一部を、バルク結晶材料の残りの部分から分離させる。
【0059】
[0087]図１３は、予想されるカーフ損失材料領域１０４を識別する、重ねられた破線を用いて表面下レーザ損傷９４を示す、バルク結晶材料９２の一部の概略断面図である。予想されるカーフ損失材料領域１０４は、表面下レーザ損傷９４に加えて、バルク結晶材料９２から分離される結晶材料部分１０２（たとえば、ＳｉＣウェーハ）の下面または表面１０８（たとえば、シリコン終端面）から機械的に（たとえば、研削およびつや出しによって）除去される材料１０６、さらに、バルク結晶材料９２Ａの残りの部分の表面９０Ａ（たとえば、炭素終端面）から機械的に（たとえば、研削およびつや出しによって）除去される材料１０９を含む。結晶材料部分１０２の下面または表面１０８は、その第１の面または表面９０に対向している。特定の実施形態では、カーフ損失材料領域１０４全体は、ＳｉＣのために２５０μｍ未満の厚さを有し得る。
【0060】
[0088]図１４は、予想されるカーフ損失材料領域１０４を識別する、重ねられた破線を用いて湾曲した表面下レーザ損傷９４を示す、バルク結晶材料９２の一部の概略断面図である。例示されるように、表面下レーザ損傷９４は、バルク結晶材料９２を横切る非線形な（たとえば、湾曲した）輪郭で配置され、分離後に、緩和された正の湾曲を有するＳｉＣウェーハを提供する。分離後、ＳｉＣウェーハの１つまたは複数の表面、ならびに残りの部分のバルク結晶材料９２の表面は、分離プロセスに関連付けられた損傷を除去するためにつや出しまたは研削にかけられ得る。特定の実施形態では、予想されるカーフ損失材料領域１０４は、図１３に示される平面構成に類似し得る。したがって、カーフ損失材料領域１０４全体は、ＳｉＣのために２５０μｍ未満の厚さを有し得る。ＳｉＣウェーハのワイヤソーイングは、通常、バルク結晶材料から分離された個々のウェーハあたり、少なくとも約２５０μｍのカーフ損失を伴うが、本明細書に開示され、ＳｉＣに適用されるレーザおよびキャリア支援された分離方法は、２５０μｍ未満、または、１７５μｍ未満、または、１００～２５０μｍを含む範囲、または、ウェーハあたり８０～２５０μｍを含む範囲、または、ウェーハあたり８０～１４０μｍを含む範囲のカーフ損失を達成し得る。特に、形状が強制されたＳｉＣウェーハの場合、従来の方法は、通常、ＳｉＣ材料のより厚い部分をワイヤ切断し、続いて、研削、つや出し、または他の機械的材料除去プロセスで、所望の形状を形成することを伴う。本明細書において開示される実施形態によれば、ＳｉＣウェーハは、望ましくは低いカーフ損失を提供しながら、表面下レーザ損傷９４の形状およびその後の分離プロセスによって少なくとも部分的に決定される強制された形状を有するバルク結晶材料９０から分離され得る。
【0061】
[0089]本明細書において開示される実施形態によれば、湾曲を含む様々な非線形な輪郭または形状を有する表面下レーザ損傷は、様々な方式でバルク結晶材料内に提供され得る。特定の実施形態では、表面下レーザ損傷を形成するために使用されるレーザ出力は、湾曲した表面下レーザ損傷を形成するために、バルク結晶材料を横切って可変的に適用され得る。他の実施形態では、表面下レーザ損傷を形成するために使用されるレーザの焦点または高さは、湾曲した表面下レーザ損傷を形成するために、結晶材料を横切って可変的に調整され得る。さらに他の実施形態では、バルク結晶材料は、バルク結晶材料を横切るレーザ吸収を変化させる可変ドーピングプロファイルで形成することができる。特に、バルク結晶材料の周囲におけるよりも、バルク結晶材料の中心において全般的に高いドーピング濃度が形成され得る。表面下レーザ損傷が形成されると、ドーピング濃度の変化によるレーザ吸収の違いが、湾曲した表面下レーザ損傷を形成する可能性がある。特定の実施形態では、方法は、可変レーザ出力、可変レーザ焦点または高さ、およびバルク結晶材料の可変ドーピングプロファイル、のうちの１つまたは複数の組合せを備え、成形された表面下レーザ損傷領域を形成することができる。
【0062】
[0090]図１５は、バルク結晶材料９２の一部を横切って集束され、表面下レーザ損傷の湾曲形状１１０を形成する、可変レーザ出力を有するレーザ放射６１の概略断面図である。例示されるように、レーザ放射６１は、バルク結晶材料９２の周囲近くの第１のレーザ出力Ｐ１と、バルク結晶材料９２の中心近くの第２のレーザ出力Ｐ２とで構成される。特定の実施形態では、第２のレーザ出力Ｐ２は、第１のレーザ出力Ｐ１より大きくなるように構成され、それによって、第２のレーザ出力Ｐ２で記録されるバルク結晶材料９２の領域において、より深い表面下レーザ損傷を形成する。２つのレーザ出力Ｐ１、Ｐ２しか図１５に示されていないが、任意の数のレーザ出力が、バルク結晶材料９２を横切って提供され、表面下レーザ損傷の湾曲形状１１０を形成することができる。レーザツール、目標とするウェーハの厚さ、およびバルク結晶材料の材料特性に応じて、平均レーザ出力は、２Ｗから６Ｗを含む範囲、または３Ｗから５．５Ｗを含む範囲で変化するように構成され得る。特定の実施形態では、より高い、またはより低い出力範囲を使用することができる。それに加えて、表面下レーザ損傷の湾曲形状１１０が図１５に示される。しかしながら、バルク結晶材料９２を横切るレーザ出力がどのように変化するかに応じて、他の形状の表面下レーザ損傷が形成され得る。
【0063】
[0091]図１６は、表面下レーザ損傷の湾曲形状１１０を形成するために、バルク結晶材料９２の一部を横切って集束される可変高さ調整を伴うレーザ放射６１の概略断面図である。例示されるように、レーザ放射６１は、バルク結晶材料９２の周囲近くの第１のレーザ高さＺ１、およびバルク結晶材料９２の中心近くの第２のレーザ高さＺ２から変化する高さ（たとえば、レーザ焦点の「Ｚ」位置）で構成される。特定の実施形態では、第２のレーザ高さＺ２は、第１のレーザ高さＺ１よりもバルク結晶材料９２においてより深い表面下レーザ損傷を提供するように構成される。可変レーザ高さＺ１、Ｚ２は、レーザ焦点位置Ｚを、バルク結晶材料９２の表面および／またはレーザレンズ内の光学要素に対して調整して、焦点を、バルク結晶材料９２の表面下レーザ損傷の形成のための目標深さに移動させることによって、提供され得る。表面下レーザ損傷の湾曲形状１１０が、図１６に示されているが、バルク結晶材料９２を横切るレーザの高さまたは焦点がどのように変化するかに応じて、他の形状の表面下レーザ損傷が形成され得る。
【0064】
[0092]図１７は、バルク結晶材料９２の可変的にドープされた部分を横切って集束され、表面下レーザ損傷の湾曲形状１１０を形成するレーザ放射６１の概略断面図である。単純なドーピングプロファイルプロットが、バルク結晶材料９２の概略断面図の下に提供されている。ｙ軸は、バルク結晶材料９２内の相対的なドーピング濃度（ｃｃｎ）を表す一方、ｘ軸は、バルク結晶材料９２の横方向の位置を表す。例示されるように、バルク結晶材料９２のドーピングは、バルク結晶材料９２の中心近くでより高く、バルク結晶材料９２の周囲近くでより低い放射状ドーピングプロファイルを有するように構成される。したがって、レーザ放射６１がバルク結晶材料９２に沿って通過するとき、レーザ放射６１は、バルク結晶材料９２内の水平位置に関して変化するレーザ吸収レベルを示し得、それにより、表面下レーザ損傷の湾曲形状１１０を形成する。バルク結晶材料９２の可変ドーピングプロファイルは、バルク結晶材料９２の結晶成長中に提供され得る。特定の実施形態では、バルク結晶材料９２は、より高いドーピング濃度の中心ドーピングリングを備えて配置される。表面下レーザ損傷の湾曲形状１１０が図１７に示されているが、ドーピングプロファイルがバルク結晶材料９２内にどのように配置されるかに応じて、他の形状の表面下レーザ損傷が形成され得る。
【0065】
[0093]図１８～図２１は、様々なドーピングプロファイルを有するバルク結晶材料の様々な図を示す。図１８は、シード結晶１１２上のＳｉＣのバルク結晶材料９２の概略側断面図であり、シード結晶１１２からその中心部分に沿ってバルク結晶材料９２の厚さ全体にわたって上方に延びる円筒形状のより高いドーピング領域１１４を示す。特定の実施形態では、より高いドーピング領域１１４は、バルク結晶材料９２の周囲に沿って配置されたより低いドーピング領域１１６によって横方向に境界付けられる。特定の実施形態において、より低いドーピング領域１１６は、意図的にドープされ、意図せずにドープされ、またはドープされなくてもよい。図１８は、バルク結晶材料９２の厚さ全体にわたって実質的に一定であるとして、より高いドーピング領域１１４のサイズ（たとえば、幅または直径）を示しているが、ドーピング領域のサイズは、バルク結晶材料９２内の垂直位置によって変化し得る（たとえば、通常、シード結晶に近いほど幅または直径が大きく、シード結晶から離れるにつれて小さくなる）。それに加えて、より高いドーピング領域１１４内のドーピングの大きさは、バルク結晶材料９２における垂直位置によって変化し得る。バルク結晶材料９２の薄い断面部分１１８は破線で示され、図１９に示されるように、ＳｉＣウェーハ１２０を画定し得る。図１９は、図１８のバルク結晶材料９２から導出されるＳｉＣウェーハ１２０の断面部分１１８に沿った上面概略図である。例示されるように、より高いドーピング領域１１４は、ＳｉＣウェーハ１２０のリング形状の、より低いドーピング領域１１６の周囲内に円形状を形成する。そのような実施形態では、可変の表面下レーザ損傷領域が、図１８の断面部分１１８に沿って提供され、ＳｉＣウェーハ１２０に、前述のように緩和された正の湾曲を提供し得る。
【0066】
[0094]図２０は、シード結晶１１２からその中心部分に沿ってバルク結晶材料９２の厚さ全体にわたって上方に延びる、フルスト円錐形状のより高いドーピング領域１１４を示す、シード結晶１１２上のＳｉＣのバルク結晶材料９２の概略側断面図である。特定の実施形態では、より高いドーピング領域１１４の横方向の位置および形状は、バルク結晶材料９２の成長のために隣接（たとえば、ｃ面に非平行な角度におけるオフカット）シード結晶が使用される場合、図２０に示される構成に対して異なり得る。たとえば、隣接シード結晶が使用される場合、より高いドーピング領域１１４は、形状が円形よりも楕円形であり得、および／または、バルク結晶材料９２の中心に対して横方向にオフセットされ得る。図２１は、シード結晶１１２の中心に対する非中心位置でシード結晶１１２から上向きに、そしてバルク結晶材料９２の全体厚さにわたって上向きに延びるフルスト円錐形状のより高いドーピング領域１１４を示す、シード結晶１１２上のＳｉＣのバルク結晶材料９２の概略側断面図である。図２１では、シード結晶１１２は、隣接（たとえば、オフカット）シード結晶を備え得、より高いドーピング領域１１４は、上から見たときに、全体的に楕円形状を形成し得る。図２０および図２１のより高いドーピング領域１１４の可変形状によって証明されるように、より高いドーピング領域１１４およびより低いドーピング領域１１６の横方向の寸法は、バルク結晶材料９２内の垂直位置に応じて変化し得る。このように、同じ緩和された正の湾曲を有する複数のＳｉＣウェーハを均一に製造するために、表面下レーザ損傷領域を形成するために使用されるレーザ条件（たとえば、焦点高さおよびレーザ出力のうちの１つまたは複数）が、より高いおよびより低いドーピング領域１１４、１１６における垂直方向の変化を補償するために変更される必要があり得る。
【0067】
[0095]図２２は、本明細書において開示される実施形態による、緩和された正の湾曲を有するＳｉＣウェーハ１２２の概略側断面図である。ＳｉＣウェーハ１２２は、シリコン面１２４および対向するカーボン面１２６を含む。例示されるように、ＳｉＣウェーハ１２２は、前述した製造技術に従って、シリコン面１２４から緩和された正の湾曲で形成される。特に、カーボン面１２６は、同様のまたは平行な形状の湾曲で形成される。特定の実施形態では、レーザ表面下損傷とそれに続く研削またはつや出しの１つまたは複数の組合せが、シリコン面１２４およびカーボン面１２６のそのような対応する形状を形成し得る。理論的に平坦なウェーハ１２８は、破線でＳｉＣウェーハ１２２に重ねられる。シリコン面１２４の緩和された正の湾曲の量は、重力の影響を受けない理論的に平坦なウェーハ１２８のシリコン面１２４’と比較して、シリコン面１２４の最高点（たとえば、図２２の中心）における距離または偏差１３０によって定量化され得る。同様の方式で、カーボン面１２６の湾曲は、理論的に平坦なウェーハ１２８のカーボン面１２６’からの距離または偏差として定量化され得る。
【0068】
[0096]図２３は、本明細書において開示される実施形態による、緩和された正の湾曲を有するＳｉＣウェーハ１３２の概略側断面図である。ＳｉＣカーバイドウェーハ１３２は、シリコン面１２４と、対向する反対側のカーボン面１２６とを含む。例示されるように、ＳｉＣウェーハ１３２は、前述の製造技術に従って、シリコン面１２４から緩和された正の湾曲で形成される一方、カーボン面１２６は、全体的に平坦な輪郭で形成される。このようにして、緩和された正の湾曲によって画定されるシリコン面１２４の輪郭は、ＳｉＣウェーハ１３２が、ＳｉＣウェーハ１３２の周囲から、ＳｉＣウェーハ１３２のより厚い中心部分までの局所的な厚さの変化を備えるように、カーボン面１２６の輪郭とは異なる。特定の実施形態では、レーザ表面下損傷とそれに続く研削またはつや出しの１つまたは複数の組合せが、シリコン面１２４およびカーボン面１２６のそのような形状を形成し得る。図２２について説明したように、シリコン面１２４の緩和された正の湾曲の量は、重力の影響を受けない理論的に平坦なウェーハ１２８のシリコン面１２４’と比較して、シリコン面１２４の最高点における距離または偏差１３０によって定量化され得る。
【0069】
[0097]本明細書において開示される実施形態による、ウェーハの緩和された正の湾曲の量を測定するために、様々な技法が使用され得る。そのような技法は、重力によって引き起こされるウェーハの変形またはたるみを補正するための構成を含む。「Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｗａｒｐ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｗａｆｅｒｓ ｂｙ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｎｏｎ－Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｃａｎｎｉｎｇ」（自動非接触走査によりシリコンウェーハの反りを測定するための試験方法）と題された国際半導体製造装置材料協会（ＳＥＭＩ）規格ＭＦ１３９０に記載されている１つのそのような測定技法は、第１のウェーハ測定値と、反転された第２のウェーハ測定値とを、これら２つの間の差分が、重力効果に対応するように比較することによって、重力効果を補正するために使用される。他の測定技法は、水平および垂直に支持されたウェーハのための様々な重力補償技法を説明する、「Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ， Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ（ＴＴＶ）， Ｂｏｗ， Ｗａｒｐ／Ｓｏｒｉ， ａｎｄ Ｆｌａｔｎｅｓｓ ｏｆ Ｂｏｎｄｅｄ Ｗａｆｅｒ Ｓｔａｃｋｓ」（厚さ、全厚変化（ＴＴＶ）、湾曲、反り／ソリ、および接合ウェーハスタックの平坦度を測定するための計測のためのガイド）と題されたＳＥＭＩ規格３Ｄ４－０９１５に見られ得る。特定の実施形態では、そのような測定技法は、干渉法を含み得る。特定の実施形態では、測定技法は、ウェーハの平坦度またはその欠如を判定するために使用される光学平面の使用を含み得る。
【0070】
[0098]図２４Ａ～図２４Ｃは、重力効果を補正しながら、緩和された正の湾曲を定量化するための測定中の図２２のＳｉＣウェーハ１２２の概略側断面図である。図２４Ａは、重力効果なしでカーボン面１２６に対向するシリコン面１２４から緩和された正の湾曲を形成する図２２のＳｉＣウェーハ１２２の概略側断面図である。図２４Ｂでは、ＳｉＣウェーハ１２２は、ウェーハの湾曲または反りの特性評価のためにエッジ支持体１３４上に配置される。特定の実施形態では、エッジ支持体１３４は、ＳｉＣウェーハ１２２上の薄膜のエピタキシャル成長を含む、後続のデバイス製造プロセス中にＳｉＣウェーハ１２２がどのように支持され得るかを見積もるために配置される。エッジ支持体１３４は、３点支持、４点支持、または支持のための連続リングを含む、任意の数の構成を備え得る。例示されるように、ＳｉＣウェーハ１２２がエッジ支持体１３４上に配置されると、重力効果により、ＳｉＣウェーハ１２２が、シリコン面１２４からカーボン面１２６に向かう方向に変形、湾曲、またはたるみを引き起こす可能性がある。特に、重力の影響で、図２４Ａに示されるような緩和された正の湾曲は、シリコン面１２４の、平坦化された、または凸状の形状さえも形成することができる。そのような構成は、前述のように、エピタキシャルデバイス成長中に、ＳｉＣウェーハ１２２の、改善された温度均一性を提供するために望ましい場合がある。図２４Ｃでは、ＳｉＣウェーハ１２２は、シリコン面１２４が、エッジ支持体１３４に向かって下向きになり、カーボン面１２６が上向きになるように、フリップまたは反転される。例示されるように、重力効果により、ＳｉＣウェーハ１２２は、図２４Ｂに示されているものよりも多くの量、変形、湾曲、またはたるむ可能性がある。これに関して、ウェーハの湾曲または反りの特性評価測定値は、ＳｉＣウェーハ１２２のシリコン面１２４およびカーボン面１２６の両方から取得され、重力効果を補償するために比較され得る。たとえば、シリコン面１２４からのたるみの測定量（たとえば、図２４Ｂ）が、カーボン面１２６からのたるみの測定量（たとえば、図２４Ｃ）に等しい場合、ＳｉＣウェーハ１２２は、全般的に平坦であるとして、または緩和された正の湾曲を有さないとして特徴付けられ得る。したがって、シリコン面１２４からのたるみの測定量（たとえば、図２４Ｂ）が、カーボン面１２６からのたるみの測定量（たとえば、図２４Ｃ）よりも小さい場合、ＳｉＣウェーハ１２２は、２つの測定値の間の差分として定量化でき、測定中の重力効果が補償された、緩和された正の湾曲を有するとして特徴付けられ得る。
【0071】
[0099]図２５は、緩和された正の湾曲を定量化するための垂直配向測定中の図２２のＳｉＣウェーハ１２２の概略側断面図である。例示されるように、ＳｉＣウェーハ１２２は、特性評価のために光学平面１３６上に垂直に配置される。平坦度測定中、光学平面１３６およびＳｉＣウェーハ１２２は、とりわけ、単色光または白色光などの光１３８で照明され、光学平面１３６に対するＳｉＣウェーハ１２２の平坦度を定量化するために使用される干渉縞(interference fringe)が形成される。特性評価中にＳｉＣウェーハ１２２が垂直に配向されるため、重力効果が低減される。
【0072】
[0100]特定の実施形態では、緩和された正の湾曲は、０μｍより大きく５０μｍまでの範囲内、または、０μｍより大きく４０μｍまでの範囲内、または、０μｍより大きく２５μｍまでの範囲内、または、０μｍより大きく１５μｍまでの範囲内、または、０μｍより大きく１０μｍまでの範囲内、または、５μｍから５０μｍまでの範囲内にある。特定の用途では、５０μｍより大きい緩和された正の湾曲により、エピタキシャル成長などの後続の製造ステップ中に正の湾曲を維持するウェーハが生成される場合があり、デバイスの均一性に悪影響を与える可能性がある。前述のように、本明細書において開示されるＳｉＣウェーハは、少なくとも１００ｍｍ、少なくとも１５０ｍｍ、少なくとも２００ｍｍ以上、または１５０ｍｍから２０５ｍｍを含む範囲の直径、および１００から１０００μｍの範囲の厚さを含み得る。特定の実施形態では、ＳｉＣウェーハは、少なくとも２５０、または、少なくとも３００、または、少なくとも４００、または、２５０から１０２０を含む範囲の直径対厚さ比を含む。特定の例では、１５２．４ｍｍ（６インチ）のＳｉＣウェーハは、直径対厚さ比が７６２である場合、２００μｍ（０．２ｍｍ）の厚さを、または、直径対厚さ比が４３５（四捨五入）の場合、３５０μｍ（０．３５ｍｍ）の厚さを、または、直径対厚さ比が３０５（四捨五入）の場合、５００μｍ（０．５ｍｍ）の厚さを備える。他の例では、２０３．２ｍｍ（８インチ）のＳｉＣウェーハは、直径対厚さ比が１０１６の場合、２００μｍ（０．２ｍｍ）の厚さを、または、直径対厚さ比が４０６（四捨五入）の場合、５００μｍ（０．５ｍｍ）の厚さを、または、直径対厚さ比が２５４の場合、８００μｍ（０．８ｍｍ）の厚さを備える。上記の１５２．４ｍｍ（６インチ）および２０３．２ｍｍ（８インチ）のＳｉＣウェーハの例の各々は、上記の実施形態による、緩和された正の湾曲で配置され得る。特定の実施形態では、緩和された正の湾曲の量は、ウェーハの直径および厚さの寸法に基づいて異なって配置され得る。１つの例では、３５０μｍ（０．３５ｍｍ）の厚さを有する１５２．４ｍｍ（６インチ）のＳｉＣウェーハは、たるみ、反り、または他の変形効果を補償するために、８μｍから１６μｍを含む範囲の緩和された正の湾曲を備え得る。同じウェーハの厚さの場合、緩和された正の湾曲は、ウェーハの直径が大きくなるにつれて大きくなる可能性がある。たとえば、３５０μｍ（０．３５ｍｍ）の厚さを有する２０３．２ｍｍ（８インチ）のＳｉＣウェーハは、たるみ、反り、または他の変形効果を補償するために、３０μｍから５０μｍを含む範囲の緩和された正の湾曲を備え得る。同じウェーハ直径の場合、緩和された正の湾曲は、ウェーハの厚さが増すにつれて減少する可能性がある。たとえば、５００μｍ（０．５ｍｍ）の厚さを有する２０３．２ｍｍ（８インチ）のＳｉＣウェーハは、１０μｍから３０μｍを含む範囲の緩和された正の湾曲を備え得、８００μｍ（０．８ｍｍ）の厚さを有する２０３．２ｍｍ（８インチ）のＳｉＣウェーハは、たるみ、反り、または他の変形効果を補償するために、４μｍから１２μｍを含む範囲の緩和された正の湾曲を備え得る。特定の実施形態では、材料の種類、および／または材料の寸法（たとえば、厚さおよび直径）、および／または存在し得る結晶応力に応じて、他の緩和された正の湾曲の範囲が可能である。これに関して、上記の厚さの大面積ＳｉＣウェーハは、緩和された正の湾曲で開示され、それにより、重力の影響に関連付けられた、またはそのような寸法のＳｉＣウェーハの既存の結晶応力からのたるみ、反り、または他の変形効果を低減する。
【0073】
[0101]本明細書で前述したように、シード結晶から遠位位置において開始し、シード結晶に徐々に近づく断面位置でウェーハを得て、破砕することによって、結晶材料を分割するのに十分なレーザ損傷の形成のために、徐々に高いレーザ出力レベルが必要とされ得る。表面下損傷を形成するときに各連続深さ位置で高レーザ出力を使用すると、不必要な材料損失が発生し、損傷深さと、レーザビームウエストに対して分解に達するポイントとの両方における変動により、ウェーハ間の厚さの広がりが大幅に増加するだろう。そのような概念は、図２６および図２７を参照して理解され得る。
【0074】
[0102]図２６は、レンズ４０４を用いて入射水平ビーム４００を伝播方向に集束させ、レンズ４０４の焦点距離ｆに対応する位置４０６において最小幅Ｗｆを有するビームウエストパターンを有する発信ビーム４０２を形成する従来のレーザ集束装置の概略側断面図である。この位置４０６の下流で、ビーム幅は、より広い領域４０８に広がる。図２７は、結晶材料に向けることができ、（（図示せず）レンズの焦点距離に対応する位置４０６において最小幅を有する）ビームウエストパターンを示し、その後、ビーム幅がより広い領域４０８に広がる垂直配向集束レーザビーム４０２の概略側断面図である。集束されたレーザビーム４０２がバルク結晶材料内に向けられる場合、結晶材料は、レーザ出力、（基板内の深さ（および幅）の位置によって変動し得るドーパントおよび／または結晶欠陥の有無によって影響され得る）結晶材料による放射線の吸収の程度、および垂直位置に依存する集束の程度のような要因に依存して、異なるしきい値点（すなわち、深さ）において熱的に分解する。３つの異なる分解しきい点４１０Ａ～４１０Ｃが、図２７に示される。
【0075】
[0103]本明細書において開示される方法および装置は、表面下レーザ損傷を有する結晶材料の上面を画像化して、亀裂のない領域を検出し、１つまたは複数の画像を分析して、結晶材料内の亀裂のない領域の存在を示す状態を特定し、（たとえば、適切な条件に達したときに）分析に応じて１つまたは複数のアクションを実行することによって、前述の問題に対処することを可能にする。そのようなアクションは、同じ深さ位置において追加のレーザパスを実行することと、および／または、後続する深さ位置において表面下レーザ損傷を生成するための命令セットを変更することとを含み得る。そのような方法および装置は、不必要な材料損失なしに、形状が強制された基板またはウェーハ部分の製造を容易にする。
【0076】
[0104]本開示の１つまたは複数の実施形態によって取得され得る技術的利益は、従来の技法と比較して、デバイス面から緩和された正の湾曲と、低減された結晶材料カーフ損失とを有するウェーハの形成と、結晶材料ウェーハと、結果的に得られるデバイスとの処理時間の短縮およびスループットの向上と、および／または、バルク結晶材料から分離された緩和された正の湾曲を備えた薄いウェーハの再現性の向上とを含み得る。
【0077】
[0105]当業者は、本開示の好ましい実施形態に対する改善および変更を認識するであろう。そのようなすべての改善および変更は、本明細書において開示される概念および以下の特許請求の範囲内で考慮される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24A】
【図24B】
【図24C】
【図25】
【図26】
【図27】
