CN103286672B - 快速获得具有原子台阶表面的SiC晶片抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种快速获得具有原子台阶表面的SiC晶片抛光方法。本发明在化学机械抛光阶段引入氧化剂，通过粗抛、精抛、化学机械抛光三个抛光工艺流程即可使被加工的SiC晶片获得具有原子台阶表面。该抛光工艺仅使用三个工艺，大大简化了SiC单晶的抛光流程，降低了成本；且每个工艺的工艺参数固定，这样利于抛光得到晶片加工质量的一致性和稳定性，提高了成品率；另外，整个工艺时长在10小时以内，较目前的主流工艺而言，大大缩短了抛光时间。
Description
技术领域
本发明属于半导体晶圆加工及器件制备领域，具体涉及一种快速获得具有原子台阶表面的SiC晶片抛光方法。
背景技术
SiC是宽禁带半导体的重要代表，具有禁带宽度大，击穿场强高，热导率大，电子饱和漂移速度高，抗辐射能力强和良好化学稳定性等优越性质，成为继硅、锗、砷化镓之后制造新一代微电子器件和电路的关键半导体材料。SiC晶体材料在制作大功率微波器件、耐高温和抗辐照器件方面具有得天独厚的优势，是实现大功率微波与高温抗辐射相结合的理想材料，是微电子、电力电子、光电子等高新技术以及国防工业、信息产业、机电产业和能源产业等支柱产业进入二十一世纪后赖以发展的关键基础材料。同时，由于SiC与制作大功率微波、电力电子、光电子器件的重要材料GaN之间具有非常小的晶格失配和热膨胀系数差，使得SiC成为新一代宽禁带半导体器件的重要衬底材料。
无论是SiC单晶作为直接的器件制备材料，还是以之为衬底的外延器件，SiC晶片的表面处理质量直接影响最终制备的器件的性能。所以要求加工得到的SiC晶片具有非常好质量的表面。传统的SiC晶片表面加工方法大都具有显著的表面损伤层，对直接的器件制备和GaN的外延都有一定的影响。而本发明的方法，完全去除的SiC表面的损伤层，获得了接近理想SiC晶格排列的具有原子台阶的表面。该发明对以SiC单晶为基础的器件和外延制备具有非常重要的意义。
发明内容
一方面，本发明提供一种快速获得具有原子台阶表面的SiC晶片抛光方法，所述方法包括以下步骤：
(1)提供SiC晶片，其中，所述SiC晶片的基本参数为：(a)对于经过线切割得到的晶片，晶片厚度在250μm至1000μm，线痕深度小于10μm，晶片翘曲度小于50μm，晶片厚度不均匀性小于30μm；(b)对于经过研磨的晶片，晶片厚度在250μm至1000μm，表面粗糙度值小于10μm，晶片翘曲度小于50μm，晶片厚度不均匀性小于30μm；
(2)对步骤(1)提供的所述SiC晶片，采用PH值为6.5至11、浓度为5％至30％、粒径为2μm至5μm的金刚石抛光液进行抛光，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm(转/分钟)至90rpm；
(3)对步骤(2)抛光后的SiC晶片，采用PH值为6.5至11，浓度为5％至30％，粒径为0.5μm至2μm的金刚石抛光液进行抛光，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm至90rpm；
(4)对步骤(3)抛光后的SiC晶片，采用PH值为7.5至10，浓度为5％至30％，粒径为20nm至50nm的硅溶胶，以H2O2和硅溶胶之比为1:5至1:25的比例范围加入H2O2，进行混合搅拌得到的溶液作为抛光液进行抛光，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm至90rpm。
在本发明一个实施方式中，所述SiC晶片的晶型是4H-SiC、6H-SiC或15R-SiC。
在本发明一个实施方式中，步骤(1)中提供的SiC晶片的加工面是(0001)Si面。
在本发明一个实施方式中，步骤(1)中提供的SiC晶片方向与(0001)Si面的夹角为0至15°。
在本发明一个实施方式中，步骤(2)-(4)优选采用抛光布进行。
在本发明一个实施方式中，步骤(2)所用抛光布的邵氏硬度为60至90。
在本发明一个实施方式中，步骤(2)进行的时间大于等于30分钟，且小于等于2小时。
在本发明一个实施方式中，步骤(3)所用抛光布的邵氏硬度为60至90。
在本发明一个实施方式中，步骤(3)进行的时间大于等于1小时(h)，且小于等于2小时。
在本发明一个实施方式中，步骤(4)所用抛光布的邵氏硬度为60至90。
在本发明一个实施方式中，步骤(4)进行的时间大于等于3小时，且小于等于8小时。
在本发明一个实施方式中，步骤(4)中H2O2与硅溶胶之比为1:10。
本发明的目的是提供一种相对现有工艺而言，时间短，工艺简单，加工得到的晶片加工质量稳定，并且具有原子台阶表面的SiC晶片抛光方法。具体步骤如下如图1所示：
(1)如图1的“来片”步骤所示，提供SiC晶片基本参数为：(a)对于经过线切割得到的晶片，晶片厚度在250μm至1000μm，线痕深度小于10μm，晶片翘曲度小于50μm，晶片厚度不均匀性小于30μm；(b)对于经过研磨的晶片(双面磨后晶片)，晶片厚度在250μm至1000μm，表面粗糙度值小于10μm，晶片翘曲度小于50μm，晶片厚度不均匀性小于30μm；
(2)如图1的“粗抛”步骤所示，对步骤(1)所述SiC晶片，采用PH值为6.5至11，浓度为5％至30％，粒径为2μm至5μm的金刚石抛光液进行抛光，优选采用抛光布，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm至90rpm；
(3)如图1的“精抛”步骤所示，对步骤(2)加工后的晶片，采用PH值为6.5至11，浓度为5％至30％，粒径为0.5μm至2μm的金刚石抛光液进行抛光，优选采用抛光布，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm至90rpm；
(4)如图1的“化学机械抛光”步骤所示，对步骤(3)加工后的晶片，采用PH值为7.5至10，浓度为5％至30％，粒径为20nm至50nm的硅溶胶，并加H2O2以1:10进行混合搅拌得到的溶液作为抛光液进行抛光，优选采用抛光布，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm至90rpm。
传统的SiC晶片抛光技术一方面从切割好的SiC晶片至完成化学机械抛光获得表面粗糙度小于2nm的表面一般需要的时间都在10小时以上，有些甚至达到了20小时；另一方面，传统工艺未能很好的匹配粗抛、精抛和化学机械抛光工艺，使得即使经过化学机械抛光得到的SiC晶片表面仍具有划痕和亚表面损伤层。
本工艺通过匹配粗抛和精抛工艺，匹配精抛和化学机械抛光工艺，同时完美的匹配了化学机械抛光中的转速、抛光布、硅溶胶的机械作用与H2O2的化学刻蚀作用。一方面缩短了整个晶片抛光的时间至10小时以下；另一方面获得了接近SiC晶片表面自然解理面的显露了C-Si原子层台阶的化学机械抛光表面，如图2所示。
附图说明
图1是本发明快速获得具有原子台阶表面的SiC晶片抛光方法的工艺流程示意图。
图2是本发明抛光得到的典型的具有原子台阶的表面1。
图3是本发明抛光得到的典型的具有原子台阶的表面2。
具体实施方式
以下将参照本发明给出两个实施例。然而本发明可以以多种不同的形式体现出来，而不应当理解为受限于在此给出的实施例。恰恰相反，提供这些实施例是为了使公开更加彻底和完备，以便将本发明的范围完全传递给本领域的技术人员。
实施例1
对经过线切割的，厚度为450±10μm，线痕深度小于10μm，翘曲度小于50μm，厚度不均匀性小于30μm的SiC晶片采用本发明所述的工艺进行抛光：首先，采用PH值为7.5，浓度为15％，粒径为5μm的金刚石抛光液，采用邵氏硬度为70的抛光布，控制抛光压力为5g/cm2，抛光盘转速为80rpm，进行粗抛光2小时(h)。之后采用PH值为7.5，浓度为15％，粒径为2μm的金刚石抛光液，采用邵氏硬度为60抛光布，控制抛光压力为5g/cm2，抛光盘转速为70rpm，进行精抛光2h。接着，采用PH值为7.5，浓度为15％，粒径为30nm的硅溶胶，并加入H2O2以1:10(H2O2与硅溶胶之比)进行混合搅拌得到的溶液作为抛光液，采用邵氏硬度为70抛光布，控制抛光压力为5g/cm2，抛光盘转速为60rpm，进行化学机械抛光6h。得到具有原子台阶的SiC表面，如图2所示。
实施例2
对经过研磨的晶片，厚度450±10μm，表面粗糙度值为6μm，翘曲度小于50μm，晶片厚度不均匀性小于30μm的SiC晶片采用本发明所述的工艺进行抛光：首先，采用PH值为7.5，浓度为15％，粒径为4μm的金刚石抛光液，采用邵氏硬度为70的抛光布，控制抛光压力为5g/cm2，抛光盘转速为80rpm，进行粗抛光2h。之后采用PH值为7.5，浓度为15％，粒径为1.5μm的金刚石抛光液，采用邵氏硬度为60抛光布，控制抛光压力为5g/cm2，抛光盘转速为70rpm，进行精抛光2h。接着，采用PH值为7.5，浓度为15％，粒径为30nm的硅溶胶，并加入H2O2以1:20(H2O2与硅溶胶之比)进行混合搅拌得到的溶液作为抛光液，采用邵氏硬度为60抛光布，控制抛光压力为5g/cm2，抛光盘转速为60rpm，进行化学机械抛光6h。得到具有原子台阶的SiC表面，如图3所示。
Claims (12)
1.一种快速获得具有原子台阶表面的SiC晶片抛光方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)提供SiC晶片，其中，所述SiC晶片的基本参数为：(a)对于经过线切割得到的晶片，晶片厚度在250μm至1000μm，线痕深度小于10μm，晶片翘曲度小于50μm，晶片厚度不均匀性小于30μm；(b)对于经过研磨的晶片，晶片厚度在250μm至1000μm，表面粗糙度值小于10μm，晶片翘曲度小于50μm，晶片厚度不均匀性小于30μm；
(2)对步骤(1)提供的所述SiC晶片，采用PH值为6.5至11、浓度为5%至30%、粒径为2μm至5μm的金刚石抛光液进行抛光，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm至90rpm；
(3)对步骤(2)抛光后的SiC晶片，采用PH值为6.5至11，浓度为5%至30%，粒径为0.5μm至2μm的金刚石抛光液进行抛光，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm至90rpm；
(4)对步骤(3)抛光后的SiC晶片，采用PH值为7.5至10，浓度为5%至30%，粒径为20nm至50nm的硅溶胶，以H2O2和硅溶胶之比为1:5至1:25的质量比例范围加入H2O2，进行混合搅拌得到的溶液作为抛光液进行抛光，控制抛光压力为3g/cm2至10g/cm2，抛光盘转速为50rpm至90rpm。
2.根据权利要求1所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，所述SiC晶片的晶型是4H-SiC、6H-SiC或15R-SiC。
3.根据权利要求1所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(1)中提供的SiC晶片的加工面是(0001)Si面。
4.根据权利要求1所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(1)中提供的SiC晶片方向与（0001）Si面的夹角为0至15°。
5.根据权利要求1所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(2)-（4）采用抛光布进行。
6.根据权利要求5所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(2)所用抛光布的邵氏硬度为60至90。
7.根据权利要求1所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(2)进行的时间大于等于30分钟，且小于等于2小时。
8.根据权利要求5所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(3)所用抛光布的邵氏硬度为60至90。
9.根据权利要求1所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于步骤(3)进行的时间大于等于1小时，且小于等于2小时。
10.根据权利要求5所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(4）所用抛光布的邵氏硬度为60至90。
11.根据权利要求1所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(4）进行的时间大于等于3小时，且小于等于8小时。
12.根据权利要求1所述的SiC晶片抛光方法，其特征在于，步骤(4）中H2O2与硅溶胶之质量比为1:10。
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