CN108555700A - 一种碳化硅晶片的抛光工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳化硅晶片的抛光工艺，该工艺中，对经过初步磨削、研磨处理的碳化硅晶片利用抛光盘进行抛光处理。本发明公开的碳化硅晶片的抛光工艺，工艺中抛光盘采用不同的车刀设计，如车刀角度、形状等，先将抛光盘盘面上车平，再依照不同工艺需求，进行沟槽车沟，搭配不同的沟槽距离，再更换不同的车刀进行细沟纹车沟，使沟槽上平整处有不同深度的细沟纹，一方面可以促进磨料在盘面上的分布均匀并让作业过程的中杂质可以有效排除盘面，另一方面可以稳定盘型的变化，使移除率与表面品质提升，也减少深刮伤，最终达到晶片表面技术要求。

Description

一种碳化硅晶片的抛光工艺

技术领域

本发明涉及晶片抛光技术领域，具体涉及一种碳化硅晶片的抛光工艺。

背景技术

碳化硅(SiC)半导体材料是第三代宽带隙半导体材料,具有禁带宽度大 (2.2-3.3ev)、热导率高(4.0gW/cm.K)、电子饱和漂移速率大(2-2.5cm/s)、临界击穿电场高(1.5-3.2x106v/cm)和相对介电常数低(9.7-10)等特点。因而被用于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成电子器件。利用它宽禁带(2.3eV-3.3eV) 的特点还可以制作蓝、绿光和紫外光的发光器件和光电探测器件。另外,SiC由于其较高的弹性模量、适中的密度、较小的热膨胀系数、耐热冲击性、高的比刚度和化学稳定性，越来越广泛的应用于空间光学系统和激光元器件中。因此， SiC是微电子、电力电子和光电子等高新技术进入21世纪后赖以持续发展的重要半导体材料之一。

在半导体材料中第三代最为常见的材料为碳化硅，氮化镓，碳化硅的制作工艺过程复杂，需经过长晶、晶体加工、切割晶片、研磨、倒角、铜抛、抛光、检验包装。而为了提高碳化硅在电路中的性能，人们往往从碳化硅制造的抛光着手，而减薄晶片运用的是研磨的加工工艺，碳化硅平坦化则是应用化学机械抛光加工技术。

以碳化硅为例，现在主要的硬抛方式为使用铜盘或锡盘并在盘上车固定的沟纹(如角度60度的V型沟)，但是由于固定的沟纹会随着抛光的时间而被快速消耗，钻石磨料在盘面上的分布也容易不均匀，造成盘型变化，影响TTV与移除速率，使整个抛光不稳定，晶片品质也受影响，且修盘频率会增加，造成产能减少，成本提高。

中国专利CN104465353A公开了一种利用合成树脂锡盘的碳化硅单晶片化学机械抛光方法。碳化硅单晶片的化学机械抛光采用合成树脂锡盘，根据碳化硅单晶片的厚度和抛光去除量，确定采用合成树脂锡盘刻槽的宽度和深度，采用带修面研磨机对合成树脂锡盘进行修面和刻槽加工，将载有单晶片的陶瓷盘放在刻槽的合成树脂锡盘上，采用抛光液和陶瓷环进行化学机械抛光，控制压力为30-70kPa，转速为40-80rpm，抛光液流量为5-50mL/min。采用纳米金刚石和碱性硅溶胶溶液配制的抛光液在刻槽的合成树脂锡盘上进行化学机械抛光，配合使用陶瓷环，可以很快去除机械抛光过程中造成的划痕和损伤，大大缩短加工时间，提高加工效率。但是该专利中合成树脂锡盘上的刻槽为挂定的，不能锁加工件的不同要求而改变，同时不利于钻石磨料在其上的分布，影响TTV 和移转效率，容易造成抛光不稳定。

中国专利CN205703564A公开了一种高精度的碳化硅化学抛光机，包括底座，其特征在于：所述底座的上侧面设有固定板以及由电机带动进行旋转的第一抛光平台和第二抛光平台，所述的抛光装置包括位于第二抛光平台正上方的抛光片，所述的抛光片连接于移动轴一端，移动轴另一端穿入固定板并与可通过自身转动调节移动轴穿入固定板长度的定位轴通过锯齿啮合。本发明通过设有打磨装置和抛光装置对于碳化硅进行抛光，这样可以对于碳化硅有一个初步的磨平棱角的工序，不仅方便了下面的抛光工序，而且使得抛光更为彻底，通过转动定位轴改变抛光片的位置，保证对抛光片进行全面的抛光，提高了抛光质量和精度，而且从一定程度上还可以节约抛光时间和成本，具有很强的实用性。但是该专利中没有对抛光盘盘面处理，对不同加工件的抛光效果不能很好的控制，同时抛光盘的修盘率增高容易增加成本投入，降低产能。

因此，需要发明一种碳化硅晶片抛光工艺，其中，抛光盘利用不同车刀对其表面进行车钩处理，如车刀角度，形状等，在盘面上进行2次车沟，具有改善磨料均匀性、盘面杂质造成刮伤与盘型变化太快和提高TTV的特点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种碳化硅晶片的抛光工艺，工艺中利用与不同于传统工艺的抛光盘，可以有效解决目前抛光盘由于固定的沟纹会随着抛光的时间而被快速消耗，钻石磨料在盘面上的分布也容易不均匀，造成盘型变化，影响TTV与移除速率，使整个抛光过程不稳定，晶片品质也受影响，且修盘频率增加，造成产能减少，成本提高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案是：

一种碳化硅晶片的抛光工艺，其特征在于，碳化硅晶片的抛光工艺，工艺步骤如下：

S10，碳化硅晶片经过初步的磨削、研磨处理后，关闭驱动电机，然后研磨盘换成抛光盘，并在抛光盘上涂抹抛光液，控制抛光液流量为 10mL/min～20mL/min；

S20，调整好S10中碳化硅晶片与抛光盘的角度，开启驱动电机，对碳化硅晶片进行抛光处理3h～4h，通过时间继电器控制抛光的时间，抛光结束后，关闭驱动电机，得到抛光好的碳化硅晶片。

进一步的，S10中，抛光盘的盘面有螺旋状的沟槽，且沟槽顶部有细沟纹。

更进一步的，沟槽顶部细沟纹位置、大小与形状依照作业参数需求进行改变。

更进一步的，沟槽顶部细沟纹形状为三角形、U型或者矩形。

进一步的，S10中，抛光盘的沟槽的制备过程为：在传统的抛光盘盘面上进行车沟，以粗车与细车的方式进行，搭配不同的沟槽距离，使沟槽上顶部平台处有不同深度的细沟纹。

更进一步的，制备抛光盘的车刀材质可以依照不同抛光加工物体进行更改。

进一步的，S10中，碳化硅晶片高平坦与低损伤TTV<2um。

进一步的，S10中，抛光盘盘面材质可以依照不同抛光加工物体进行更改。

进一步的，S10中，用于碳化硅抛光的抛光盘还可以应用于蓝宝石、氮化镓和单晶硅中的抛光工艺。

进一步的，S20中，抛光处理工艺参数为：抛光压力35kPa～65kPa，转速 45r/min～75r/min。

本发明的优点是：

1.本发明公开的碳化硅晶片的抛光工艺，工艺中抛光盘采用不同的车刀设计，如车刀角度、形状等，先将抛光盘盘面上车平，再依照不同工艺需求，进行沟槽车沟，搭配不同的沟槽距离，再更换不同的车刀进行细沟纹车沟，使沟槽上平整处有不同深度的细沟纹，一方面可以促进磨料在盘面上的分布均匀并让作业过程的中杂质可以有效排除盘面，另一方面可以稳定盘型的变化，使移除率与表面品质提升，也减少深刮伤，最终达到晶片表面技术要求；

2.本发明公开的碳化硅晶片的抛光工艺，利用车刀在不同需求的盘面上做不同形状，尺寸的车沟，使抛光加工过程中磨料可以均匀分布，过程中的磨屑也可以顺着沟槽做排出，维持盘面稳定减少修盘频率增加产能；

3.本发明公开的碳化硅晶片的抛光工艺，抛光加工过程由于磨料在沟槽里，可增加碳化硅晶片与磨料的接触面积，使碳化硅晶片移除均匀，更加平坦；

4.本发明公开的碳化硅晶片的抛光工艺，工艺简单，成本低，产能高，适合广泛推广。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的实施方案，并与说明书一起用来说明本发明的制备流程。在附图中：

图1是本发明碳化硅晶片的抛光工艺中抛光盘的俯视图；

图2是传统抛光盘盘面的沟槽侧视示意图；

图3是本发明碳化硅晶片的抛光工艺中抛光盘盘面的沟槽侧视示意图。

图中：1为中心内衬；2为盘面；3为沟槽；4为沟槽顶部；5为沟槽底部； 6、7为沟槽顶部细沟纹。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用原料、相关配料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

实施例1

一种碳化硅晶片的抛光工艺

工艺步骤如下：

S10，碳化硅晶片经过初步的磨削、研磨处理后，关闭驱动电机，然后研磨盘换成抛光盘，并在抛光盘上涂抹抛光液，控制抛光液流量为10mL/min；

上述操作中，抛光盘的盘面有螺旋状的沟槽，且沟槽顶部有细沟纹；抛光盘的沟槽顶部细沟纹分别位于沟槽顶部宽度的1/3、2/3处、沟槽顶部细沟纹形状为三角形，沟槽顶部细沟纹的深度为0.12mm；抛光盘的沟槽的制备过程为：在传统的抛光盘盘面上进行车沟，以粗车与细车的方式进行，搭配不同的沟槽距离，使沟槽上顶部平台处有不同深度的细沟纹；制备抛光盘的车刀材质可以依照不同抛光加工物体进行更改；碳化硅晶片高平坦与低损伤TTV＝1.56um；抛光盘盘面材质为铜盘；用于碳化硅抛光的抛光盘还可以应用于蓝宝石、氮化镓和单晶硅中的抛光工艺。

S20，调整好S10中碳化硅晶片与有螺旋状沟槽的抛光盘的角度，开启驱动电机，对碳化硅晶片进行抛光处理3h，通过时间继电器控制抛光的时间，抛光结束后，关闭驱动电机，得到抛光好的碳化硅晶片。

上述操作中，抛光处理工艺参数为：抛光压力35kPa，转速45r/min。

实施例2

一种碳化硅晶片的抛光工艺

工艺步骤如下：

S10，碳化硅晶片经过初步的磨削、研磨处理后，关闭驱动电机，然后研磨盘换成抛光盘，并在抛光盘上涂抹抛光液，控制抛光液流量为20mL/min；

上述操作中，抛光盘的盘面有螺旋状的沟槽，且沟槽顶部有细沟纹；抛光盘的沟槽顶部细沟纹分别位于沟槽顶部宽度的1/3、2/3处、沟槽顶部细沟纹形状为矩形，沟槽顶部细沟纹的深度为0.14mm；抛光盘的沟槽的制备过程为：在传统的抛光盘盘面上进行车沟，以粗车与细车的方式进行，搭配不同的沟槽距离，使沟槽上顶部平台处有不同深度的细沟纹；制备抛光盘的车刀材质可以依照不同抛光加工物体进行更改；碳化硅晶片高平坦与低损伤TTV＝1.45um；抛光盘盘面材质为金刚石盘；用于碳化硅抛光的抛光盘还可以应用于蓝宝石、氮化镓和单晶硅中的抛光工艺。

S20，调整好S10中碳化硅晶片与抛光盘的角度，开启驱动电机，对碳化硅晶片进行抛光处理4h，通过时间继电器控制抛光的时间，抛光结束后，关闭驱动电机，得到抛光好的碳化硅晶片。

上述操作中，抛光处理工艺参数为：抛光压力65kPa，转速75r/min。

实施例3

一种碳化硅晶片的抛光工艺

工艺步骤如下：

S10，碳化硅晶片经过初步的磨削、研磨处理后，关闭驱动电机，然后研磨盘换成抛光盘，并在抛光盘上涂抹抛光液，控制抛光液流量为12mL/min；

上述操作中，抛光盘的盘面有螺旋状的沟槽，且沟槽顶部有细沟纹；抛光盘的沟槽顶部细沟纹分别位于沟槽顶部宽度的1/3、2/3处、沟槽顶部细沟纹形状为U型，沟槽顶部细沟纹的深度为0.13mm；抛光盘的沟槽的制备过程为：在传统的抛光盘盘面上进行车沟，以粗车与细车的方式进行，搭配不同的沟槽距离，使沟槽上顶部平台处有不同深度的细沟纹；制备抛光盘的车刀材质可以依照不同抛光加工物体进行更改；碳化硅晶片高平坦与低损伤TTV＝1.62um；抛光盘盘面材质为不锈钢盘；用于碳化硅抛光的抛光盘还可以应用于蓝宝石、氮化镓和单晶硅中的抛光工艺。

S20，调整好S10中碳化硅晶片与抛光盘的角度，开启驱动电机，对碳化硅晶片进行抛光处理3.5h，通过时间继电器控制抛光的时间，抛光结束后，关闭驱动电机，得到抛光好的碳化硅晶片。

上述操作中，抛光处理工艺参数为：抛光压力45kPa，转速50r/min。

实施例4

一种碳化硅晶片的抛光工艺

工艺步骤如下：

S10，碳化硅晶片经过初步的磨削、研磨处理后，关闭驱动电机，然后研磨盘换成抛光盘，并在抛光盘上涂抹抛光液，控制抛光液流量为18mL/min；

上述操作中，抛光盘的盘面有螺旋状的沟槽，且沟槽顶部有细沟纹；抛光盘的沟槽顶部细沟纹分别位于沟槽顶部宽度的1/3、2/3处、沟槽顶部细沟纹形状为三角形，沟槽顶部细沟纹的深度为0.14mm；抛光盘的沟槽的制备过程为：在传统的抛光盘盘面上进行车沟，以粗车与细车的方式进行，搭配不同的沟槽距离，使沟槽上顶部平台处有不同深度的细沟纹；制备抛光盘的车刀材质可以依照不同抛光加工物体进行更改；碳化硅晶片高平坦与低损伤TTV＝1.88um；抛光盘盘面材质为铜盘；用于碳化硅抛光的抛光盘还可以应用于蓝宝石、氮化镓和单晶硅中的抛光工艺。

S20，调整好S10中碳化硅晶片与抛光盘的角度，开启驱动电机，对碳化硅晶片进行抛光处理4h，通过时间继电器控制抛光的时间，抛光结束后，关闭驱动电机，得到抛光好的碳化硅晶片。

上述操作中，抛光处理工艺参数为：抛光压力55kPa，转速65r/min。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳化硅晶片的抛光工艺，其特征在于，所述碳化硅晶片的抛光工艺，工艺步骤如下：

S10，碳化硅晶片经过初步的磨削、研磨处理后，关闭驱动电机，然后研磨盘换成抛光盘，并在抛光盘上涂抹抛光液，控制抛光液流量为10mL/min～20mL/min；

S20，调整好S10中碳化硅晶片与抛光盘的角度，开启驱动电机，对碳化硅晶片进行抛光处理3h～4h，通过时间继电器控制抛光的时间，抛光结束后，关闭驱动电机，得到抛光好的碳化硅晶片。

2.根据权利要求1所述的抛光工艺，其特征在于，S10中，所述抛光盘的盘面有螺旋状的沟槽，且沟槽顶部有细沟纹。

3.根据权利要求2所述的抛光工艺，其特征在于，所述沟槽顶部细沟纹位置、大小与形状依照作业参数需求进行改变。

4.根据权利要求2所述的抛光工艺，其特征在于，所述沟槽顶部细沟纹形状为三角形、U型或者矩形。

5.根据权利要求1所述的抛光工艺，其特征在于，S10中，所述抛光盘的沟槽的制备过程为：在传统的抛光盘盘面上进行车沟，以粗车与细车的方式进行，搭配不同的沟槽距离，使沟槽上顶部平台处有不同深度的细沟纹。

6.根据权利要求5所述的抛光工艺，其特征在于，所述制备抛光盘的车刀材质可以依照不同抛光加工物体进行更改。

7.根据权利要求1所述的抛光工艺，其特征在于，S10中，所述碳化硅晶片高平坦与低损伤TTV<2um。

8.根据权利要求1所述的抛光工艺，其特征在于，S10中，所述抛光盘的盘面材质可以依照不同抛光加工物体进行更改。

9.根据权利要求1所述的抛光工艺，其特征在于，S10中，所述用于碳化硅抛光的抛光盘还可以应用于蓝宝石、氮化镓和单晶硅中的抛光工艺。

10.根据权利要求1所述的抛光工艺，其特征在于，S20中，所述抛光处理工艺参数为：抛光压力35kPa～65kPa，转速45r/min～75r/min。