[發(fā)明專利]一種高效改變SiC襯底形狀的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210418807.1
• 申請(qǐng)日: 2022-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN114864378A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳秀芳;郭楓林;徐現(xiàn)剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發(fā)明涉及一種高效改變SiC襯底形狀的方法，該方法包括采用雙面研磨機(jī)對(duì)切割后的晶片進(jìn)行雙面研磨；清洗后采用雙面拋光機(jī)將清洗完畢的晶片置于拋光機(jī)中進(jìn)行雙面機(jī)械拋光，如果雙面機(jī)械拋光之后的晶片形狀相對(duì)于目標(biāo)形狀為劣，且Bow＞15um，對(duì)晶片進(jìn)行補(bǔ)充性單面機(jī)械拋光，最后將機(jī)械拋光后的晶片，對(duì)硅面或者碳面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，得到均勻凹陷或凸起的SiC襯底。本發(fā)明通過特定的研磨機(jī)拋光時(shí)晶片朝向以及上下盤轉(zhuǎn)速，突破了非極性半導(dǎo)體加工的局限性，在保證SiC襯底表面高平整度和低表面粗糙度的前提下，可以將襯底形狀快速加工至均勻凹陷或凸起，有效縮減了傳統(tǒng)加工的繁瑣步驟，并能提高拋光液壽命從而節(jié)約加工成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效改變SiC襯底形狀的方法，屬于半導(dǎo)體材料加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化硅(SiC)是第三代寬禁帶半導(dǎo)體的典型代表，是制備射頻高功率器件的基礎(chǔ)材料。一直以來，在SiC襯底上異質(zhì)外延生長GaN是制備先進(jìn)射頻器件的關(guān)鍵技術(shù)，但伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對(duì)于襯底的要求不僅停留在傳統(tǒng)意義上的材料與質(zhì)量，而且對(duì)于襯底的表面形狀提出了更為嚴(yán)苛的要求，其中包括制備出表面均勻凹陷或凸起面形的襯底，以滿足異質(zhì)外延或同質(zhì)外延的統(tǒng)一性和產(chǎn)品良率。

SiC是莫氏硬度高達(dá)9.2的超硬材料，使用傳統(tǒng)加工流程加工，材料去除率低，而且面型參數(shù)較差，很難保證襯底形狀滿足外延要求，因此碳化硅襯底表面形狀的加工是目前半導(dǎo)體精密加工需要解決的難點(diǎn)。外延工藝使用的氣態(tài)反應(yīng)物對(duì)于襯底的表面形狀要求很高，即便表面只有微米級(jí)別的偏差，也會(huì)造成沉積物不均勻以及外延一致性差等相關(guān)問題。通常，如果襯底的硅面具有均勻凹陷的形狀，可以有效提升異質(zhì)外延的波長命中率，并能夠降低波長標(biāo)準(zhǔn)差(PLSTD)；如果襯底碳面具有均勻的凹陷形狀(硅面具有均勻凸起的形狀)，則可以提升同質(zhì)外延SiC薄膜的晶體質(zhì)量，降低基平面位錯(cuò)的數(shù)量，提升高壓二極管的穩(wěn)定性。因此，實(shí)現(xiàn)特定的襯底形狀加工對(duì)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料和器件領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

目前，國內(nèi)關(guān)于SiC襯底形狀的報(bào)道較少，一部分原因是SiC是新型的寬禁帶半導(dǎo)體，國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)還處在摸索階段；另一個(gè)原因是SiC是典型的極性晶體，與傳統(tǒng)的非極性晶體如Si襯底、藍(lán)寶石襯底的物理性質(zhì)和加工技術(shù)存在許多差異。以藍(lán)寶石襯底為例，襯底的上下兩個(gè)表面具有相同的原子結(jié)構(gòu)，因此不具備晶體極性，上下表面的物理性質(zhì)完全相同；而對(duì)于SiC襯底來說，其上下表面分別由碳原子層和硅原子層所構(gòu)成，諸多研究表明晶體的極性會(huì)顯著影響襯底的性質(zhì)，例如碳面與硅面相比具有硬度低、在拋光過程中去除速率快等性質(zhì)。總之，由于SiC的上下表面具有晶體極性，導(dǎo)致SiC襯底的加工要比傳統(tǒng)半導(dǎo)體更為復(fù)雜，因此，傳統(tǒng)的非極性晶體襯底的加工不能適用于極性襯底，如中國發(fā)明專利(CN110718450A(CN201910946953.X)公開了一種制備藍(lán)寶石碗型襯底的辦法，利用雙面研磨和退火等工序制備碗型晶片，但加工流程繁瑣，只能制備一種形狀的襯底，并且不能適用于極性襯底的加工。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高效改變SiC襯底形狀的方法，本發(fā)明考慮并利用了SiC襯底的表面極性，突破了非極性半導(dǎo)體加工的局限性，在保證SiC襯底表面高平整度和低表面粗糙度的前提下，可以將襯底形狀快速加工至均勻凹陷或凸起，有效縮減了傳統(tǒng)加工的繁瑣步驟，并能提高拋光液壽命從而節(jié)約加工成本。

術(shù)語說明

1方向上終止于碳原子層的表面。

硅面(Si面)：是指碳化硅襯底在0001方向上終止于硅原子層的表面。

Bow：本申請(qǐng)中Bow指襯底的彎曲度；

Warp：本申請(qǐng)中Warp指晶片的翹曲度；

表面損傷層：襯底表面形成一定厚度的與正常晶格結(jié)構(gòu)不一樣的變質(zhì)層；

表面臺(tái)階：襯底的表面損傷層被完全去除后裸露出來的原子結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：