[發(fā)明專利]一種SiC單晶晶片的加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910243519.1
• 申請日: 2009-12-24
• 公開（公告）號: CN102107391A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設計）人: 張賀;胡伯清;黃青松;王錫明;陳小龍;彭同華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京天科合達藍光半導體有限公司;中國科學院物理研究所
• 主分類號: B24B37/00
• 分類號: B24B37/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅單晶表面的處理方法，特別是涉及一種碳化硅單晶晶片表面的機械加工和化學處理方法。?

背景技術(shù)

單晶碳化硅作為寬禁帶半導體，具有高熱導率、高飽和電子漂移速率等特點。隨著高速、高頻無線電技術(shù)日益增長的需要，寬帶隙半導體越來越受到人們的關(guān)注，這種半導體器件能夠滿足普通硅基半導體所不能滿足的諸多優(yōu)點，例如能夠在更高功率水平、更高溫度和更加惡劣的環(huán)境下工作。事實上在此基礎上制造的金屬半導體場效應管和金屬氧化物半導體場效應管等均已實現(xiàn)。因此獲得高質(zhì)量的碳化硅襯底材料顯得越來越重要。這里所說的高質(zhì)量，不僅僅是指晶體本身質(zhì)量，尤為重要的是碳化硅單晶表面質(zhì)量。這不僅是器件制備的需要，也是外延生長薄膜或體單晶的需要。事實上，外延生長對襯底的依賴性很強，襯底上很小的缺陷也會破壞碳化硅單晶表面的周期性，并蔓延、擴展到薄膜上，嚴重影響薄膜質(zhì)量。即使是作為籽晶時，生長出來的體單晶材料也會受到襯底缺陷的嚴重影響，襯底表面上的所有缺陷，一般會被原樣復制到新的外延材料中。這類缺陷不僅會引起漏電現(xiàn)象，還會顯著降低電子遷移率。?

為了獲得高質(zhì)量的薄膜和體單晶，就有必要先去除SiC單晶表面的損傷層。現(xiàn)有的化學腐蝕方法主要包括：濕腐蝕法、氧化法、陽極腐蝕法及表面等離子體腐蝕法等。其中濕腐蝕法也稱熔鹽法，是利用熔融的鹽類，諸如氫氧化鉀(KOH)等進行腐蝕的方法，這類方法反應速度很快，簡單易行，但是難以控制腐蝕速度和深度。?

陽極腐蝕是一種電化學腐蝕方法，將樣品作為陽極，腐蝕效率很低，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，一般處理之后的碳化硅表面質(zhì)量不高。除此以外，氧化法會造成缺陷聚積及雜質(zhì)增加和摻雜元素的再分配等，是一個很復雜的過程。?

值得一提的是表面等離子體腐蝕法，該方法利用等離子體轟擊碳化硅表面，去除?研磨過程中形成的損傷層，這種方法去除率很高，但往往會在去除損傷層的同時引進新的缺陷和損傷。?

以上的方法和研究，均沒有系統(tǒng)和全面地研究晶體加工的方法，而且從根本上說，不是有效解決高質(zhì)量碳化硅生產(chǎn)的方法。原因在于，這些方法都僅僅注意到了解決晶體加工后期表面處理的某一方面，而忽略或無法兼顧其它方面，例如在去除損傷層的同時，無法避免引入新的損傷；在控制晶體厚度的同時，無法兼顧晶體的表面質(zhì)量等。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種完整、系統(tǒng)地處理碳化硅單晶晶片表面的方法。按照這一方法，可以有效獲得高質(zhì)量碳化硅晶片，且工藝簡單高效，晶片表面劃痕總長度不大于晶片半徑，晶片表面粗糙度(RMS)小于0.5納米。?

本發(fā)明所采用的加工方法可以全面控制碳化硅中的奇異點，所謂奇異點主要是指表面的突起或凹坑。通過多步控制的方法，可以逐步減少碳化硅晶片表面奇異點的密度和數(shù)量。這是點缺陷的控制方法。?

通過逐步調(diào)整，加大去除量，可以快速去除表面劃痕，這是線缺陷的控制方法。?

通過逐步調(diào)整，加大去除量，和逐級化學拋光法，可以逐步消除損傷層；也可以校正研磨工藝，逐步消除多面型和斜面等面缺陷。?

通過反復校正和優(yōu)化，可以改變晶片的翹曲、變形等缺陷。?

特別地，通過獨特的拋光工藝，可以獲得高質(zhì)量的晶片表面，這包括表面無劃痕和損傷層，表面有好的表面粗糙度。?

本發(fā)明系統(tǒng)闡述了碳化硅晶片表面加工的高效和可控方法，通過機械研磨和化學拋光得到的碳化硅單晶晶片表面最大限度消除了表面缺陷和損傷層，主要包括四個步驟：雙面研磨、單面擺臂式粗磨、單面擺臂式精磨、單面擺臂式化學機械拋光等，具體包括如下步驟：?

(1)對碳化硅單晶晶體進行線切割，切割成碳化硅單晶晶片，所述晶片的厚度比成品要求厚度多出一定的加工余量，經(jīng)過化學清洗后備用；?

(2)將清洗后的碳化硅單晶晶片進行雙面研磨，主要去除由線切割造成的晶片表面線痕以便獲得較好的平整度；去除三分之二的加工余量；?

(3)將雙面研磨后的碳化硅單晶晶片進行單面擺臂式粗磨，采用適當轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)?壓力，主要去除一定厚度使晶片滿足厚度要求，改善雙面研磨加工后的表面粗糙度，以便獲得較好的表面粗糙度，方便后續(xù)加工；粗磨后的碳化硅單晶晶片厚度接近成品要求厚度；?

(4)將上述接近成品要求厚度的晶片進行單面擺臂式精磨，采用適當轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)壓力，精磨后的碳化硅單晶晶片表面劃痕總長度不超過碳化硅單晶晶片半徑，深度小于5納米；?