[发明专利]一种单晶半导体基片的截面快速制作及亚表面微裂纹检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶半导体基片加工亚表面微裂纹检测技术领域，特别是涉及单晶硅、单晶蓝宝石和单晶SiC等超硬半导体基片的截面制备及亚表面微裂纹检测方法。

背景技术

现代电子、光电子技术的高速发展，带动了制作其相关器件用半导体材料的发展，如单晶半导体材料硅、蓝宝石和碳化硅等的研究、开发与应用。碳化硅（SiC）作为第三代宽禁带半导体材料具有宽带隙、高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，其优异的性能可以满足现代电子技术对高频、高功率、高压以及抗辐射的新要求，以SiC为基底的高频大功率电力电子器件和光电子器件在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、高温辐射环境、石油勘探、雷达与通信、汽车电子化等方面有广泛应用。

作为电子元件的衬底材料，其应用不仅要求晶片有较好的形状精度和表面精度，还要求其不存在亚表面损伤。亚表面损伤是指工件近表面区域由机械加工过程产生的微裂纹和残余应力等内部缺陷。其存在会引起材料的强度下降、折射系数变化等，直接影响到电子元件的使用性能、长期稳定性、抗激光损伤阈值和寿命等重要性能指标。

亚表面损伤检测技术主要包括破坏性和非破坏性检测技术两类，其中破坏性检测方法主要有HF恒定化学蚀刻速率法、截面显微法、角度抛光法和磁流变抛光法等，而非破坏性检测技术主要有超声波扫描显微法、全内反射检测技术、X射线衍射、微激光拉曼光谱、量子点标记法等。相对于破坏性检测技术，非破坏性检测技术具有检测快速和不引入新损伤等优点，但其测量精度低，探测深度浅，测试系统成本高，测量结果不直观。破坏性检测技术虽然具有破坏被检测样品和检测效率低的不足,但在晶片加工质量控制的研究过程中仍是一种不可替代的检测手段。

截面显微法为最常见的亚表面损伤检测方法，通过对加工晶体的截面进行观测，从而得到亚表面裂纹的形状以及损伤层深度。大多数国内外学者采用砂纸研磨、抛光和腐蚀的方法制作截面样本，如文献H. H. K. Xu, S. Jahanmir. Simple technique for observing subsurface damage in machining of ceramics[J]. Journal of American Ceramic Society, 1994, 77 (5) : 1388–1390所述，其制作方法复杂且效率较低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明针对单晶半导体基片的材料特点，提出一种单晶半导体基片的截面快速制作及亚表面损伤检测的方法。

本发明的技术方案是：一种单晶半导体基片的截面快速制作及亚表面微裂纹检测方法，包括如下步骤：

1）将单晶半导体基片清洗干净；

2）将单晶半导体基片沿着待检测面同一直线方向加工出一个或者多个微沟槽；

3）在单晶半导体基片的微沟槽的背面施加压力，使单晶半导体基片在力的作用下沿着微沟槽方向裂成两半，完成单晶半导体基片的检测截面的制样；

4）将裂开的单晶半导体基片的检测截面水平放在光学显微镜下观察，移动单晶半导体基片，使待检测面与检测截面的交界线出现在可视区域，调整光学显微镜镜头倍率，拍出检测截面上该区域的光学显微图片，测量检测截面上的裂纹到待检测面与检测截面的交界线之间的最大距离，完成单晶半导体基片亚表面微裂纹检测工作。

所述单晶半导体基片（1）为单晶硅片、单晶蓝宝石基片和单晶碳化硅基片超硬半导体基片，厚度为0.1～10mm。

所述步骤1)中单晶半导体晶片清洗步骤为用清洗剂进行超声清洗、去离子水清洗和烘干，清洗剂为丙酮、酒精或者电子清洗剂DZ-1，DZ-2。

所述步骤2）中加工微沟槽时所用设备为晶圆激光切割机或晶圆雕刻机。

所述步骤2)中加工微沟槽时晶圆激光切割机的电源实际输出电流值为10～40A，切割速度为0.1～3mm/s。

所述步骤2）中加工的微沟槽的深度为晶片厚度的1/8～2/3。

所述步骤3)中施加压力时使用的工具为裂片钳，包括有裂片钳双支撑块钳口、裂片钳单支撑块钳口及手柄，单晶半导体基片置于裂片钳双支撑块钳口与裂片钳单支撑块钳口之间，将单晶半导体基片沿着微沟槽的方向裂开的具体过程为：将单晶半导体基片放在裂片钳双支撑块钳口的上方，微沟槽朝下放置，裂片钳单支撑块钳口从背面对准微沟槽，扳动裂片钳的手柄，使得单晶半导体基片沿着微沟槽裂开。

所述步骤4）中观察单晶半导体基片的检测截面时采用磁铁，铁块或者大理石等方块夹持，使得检测截面平行于光学显微镜工作台。