CN109129028B - 一种高效的碳化硅晶片的加工方法 - Google Patents

一种高效的碳化硅晶片的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于半导体材料加工技术领域,具体涉及一种高效的碳化硅晶片的加工方法,包括晶片倒角、双面机械研磨、砂轮抛光、双面化学机械抛光。本发明采用金刚石砂轮抛光衔接双面机械研磨和双面化学机械抛光,摒弃传统单面加工方法中的有蜡贴片程序,极大的优化了加工工艺流程,同时提高了晶片加工的自动化程度和精度,得到了低翘曲度、高表面质量的碳化硅晶片。该发明方法极大的简化了晶片加工流程,提高了加工效率,有利于商业化大规模生产。

Description

一种高效的碳化硅晶片的加工方法
技术领域
本发明属于半导体材料加工技术领域,涉及一种高效的碳化硅晶片的加工方法,提高了碳化硅晶片晶片的加工质量和加工效率,有利于节约生产加工成本,适合产业化推广。
背景技术
在信息技术快速发展的今天,半导体技术的革新扮演着愈加重要的角色。以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体,是继硅、砷化镓之后的第三代宽禁带半导体。与硅和砷化镓为代表的传统半导体材料相比而言,碳化硅在工作温度、耐击穿电压、抗辐射等方面性能具有非常大的优势。碳化硅已经成为目前发展最为成熟的宽禁带半导体材料,其高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优异性能可以满足现代电子技术对高温、高频、高功率以及抗辐射的新要求,因此碳化硅被看作是半导体材料领域最具有前景的材料之一。
由于碳化硅生长技术难度较高,加工工艺复杂等因素导致市场出售的碳化硅晶片价格偏高,影响了碳化硅的市场应用和发展。因此,为了扩大碳化硅材料的应用,进一步降低碳化硅晶片的生产加工成本是必要的。碳化硅的莫氏硬度为9.5,与金刚石接近,故碳化硅材料的加工非常困难。鉴于碳化硅材料硬度高、脆性大,目前碳化硅加工效率普遍较低,加工周期较长,影响的碳化硅材料的规模化生产。目前市面销售产品为双面抛光产品,传统的碳化硅加工工艺为单面加工,包括晶片倒角、双面机械研磨、有蜡贴片、粗机械抛光、精机械抛光、晶片翻面贴片、粗机械抛光、精机械抛光、化学机械抛光,采用的单面加工厚重新上蜡贴片翻面加工的工艺程序复杂,加工周期长,不利于碳化硅晶片的商业化大规模生产;同时加工的晶片翘曲度(Warp)、总厚度变化(TTV)大,降低了下游的外延、器件制造的产品质量。
发明内容
本发明提供了一种高效的碳化硅晶片的加工方法,包括晶片倒角、双面机械研磨、砂轮抛光、双面化学机械抛光,加工工序简单,加工周期短,自动化程度高,效率高,晶片的翘曲度(Warp)和总厚度变化(TTV)小,最终加工的碳化硅晶片满足工业客户的使用要求。其中,砂轮抛光工序的砂轮刀头为以金刚石磨料为原料,分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂制作而成。晶片通过真空吸附固定住,金刚石刀头高速旋转,在晶片表面进行抛光,同时加冷却液进行冷却。
本发明方法的技术方案如下:
(1)晶片倒角;
(2)双面机械研磨,使用水基型金刚石抛光液,金刚石颗粒粒径为2-20μm,研磨压力为25-250 g/cm2,研磨盘为铸铁盘,铸铁盘表面开槽,开槽间隔5-50mm,槽宽0.5-2mm,槽深0.5-10mm,研磨时间为1-4h;
(3)砂轮抛光,采用全自动砂轮抛光设备,选择合适粒径的金刚石砂轮,对晶片两面进行打磨抛光,砂轮转速为500-3500rpm,磨削速度为0.1-5μm/min,磨削时间为0.5-20分钟;
(4)双面化学机械抛光,使用酸性的抛光液,加入一定比例的氧化剂,调节抛光液的pH值为2-6,施加合适的抛光压力,抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫,抛光时间为0.5-5h。
在本发明技术方案中,步骤(3)所述金刚石砂轮颗粒粒径为0.5-2μm或2-5μm或5-10μm的金刚石砂轮。
在本发明技术方案中,步骤(3)砂轮抛光时先用5-10μm的金刚石砂轮,转速500-1500rpm,抛光时间1-5分钟;再用2-5μm的金刚石砂轮,转速1500-2500rpm,抛光时间3-10分钟;再用0.5-2μm金刚石砂轮,转速2500-3500rpm,抛光时间8-20分钟。
在本发明技术方案中,步骤(4)所述抛光液为氧化铝抛光液或氧化硅抛光液或氧化铈抛光液。
在本发明技术方案中,步骤(4)所述抛光液中磨粒的质量分数为1%-10%或10%-30%或30%-50%。
在本发明技术方案中,步骤(4)所述抛光液中磨粒的粒径为30-100nm或100-200nm。
在本发明技术方案中,步骤(4)所述氧化剂为高锰酸钾或次氯酸钠或双氧水。
在本发明技术方案中,步骤(4)所述抛光液与氧化剂的体积比为1:(0.1~20)。
在本发明技术方案中,步骤(4)所述聚氨酯类抛光垫的邵氏硬度为60-96。
本发明提供了一种高效、快速的碳化硅晶片加工方法,与传统的晶片加工方法相比,通过本发明方法,可以大大缩短碳化硅晶片的加工时间,提高晶片加工的质量,加工后碳化硅晶片的面型可以达到TTV(总厚度变化)≤4μm,LTV(局部厚度变化)≤2μm,Bow(弯曲度)≤15μm,Warp(翘曲度)≤15μm,Rms(表面粗糙度)<0.1nm,晶片表面无肉眼可见缺陷。
附图说明
图1为本发明的加工方法的工艺流程示意图。
图2为采用本发明的加工方法进行加工后碳化硅晶片的总厚度变化图。
图3为采用本发明的加工方法进行加工后碳化硅晶片的翘曲度图。
图4为采用本发明的加工方法进行加工后碳化硅晶片Si面的AFM结果图。
图5为采用本发明的加工方法进行加工后碳化硅晶片C面的AFM结果图。
图6为采用本发明的加工方法进行加工后碳化硅晶片Si面的Candela CS920结果图。
具体实施方式
实施例1
一种高效的碳化硅晶片的加工方法,其具体步骤如下:
(1)晶片倒角;
(2)倒角后的晶片进行双面研磨,使用水基型金刚石抛光液,金刚石颗粒粒径为5μm,研磨压力为115 g/cm2,研磨盘为铸铁盘,铸铁盘表面开槽,开槽间隔10mm,槽宽1mm,槽深10mm,研磨时间为3.5h;
(3)采用全自动砂轮抛光设备,对晶片两面进行打磨抛光,先用5μm的金刚石砂轮,转速1500rpm,磨削速度为3μm/min,抛光时间3分钟;再用2μm的金刚石砂轮,转速2500rpm,磨削速度为1.5μm/min,抛光时间6分钟;再用1μm金刚石砂轮,转速3000rpm,磨削速度为0.2μm/min,抛光时间15分钟;
(4)砂轮抛光后的碳化硅晶片进行双面化学机械抛光,使用酸性的氧化铝抛光液,加入一定比例的高锰酸钾溶液,调节抛光液的pH值为3,抛光压力为500g/cm2,抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫,抛光时间为3h。
所述的氧化铝抛光液的质量分数为3%,粒度为105nm。
所述的氧化铝抛光液与高锰酸钾的体积比为1:1。
所述的聚氨酯抛光垫的邵氏硬度为92。加工后晶片的总厚度变化如图2,翘曲度如图3所示,Si面、C面的AFM结果图如图4、5所示,CS920测试结果如图6所示,表明本发明方法加工晶片具有较好的加工质量。
实施例2
一种高效的碳化硅晶片的加工方法,其具体步骤如下:
(1)晶片倒角;
(2)倒角后的晶片进行双面研磨,使用水基型金刚石抛光液,金刚石颗粒粒径为3μm,研磨压力为160 g/cm2,研磨盘为铸铁盘,铸铁盘表面开槽,开槽间隔10mm,槽宽1mm,槽深10mm,研磨时间为3h;
(3)采用全自动砂轮抛光设备,对晶片两面进行打磨抛光,先用10μm的金刚石砂轮,转速1000rpm,磨削速度为5μm/min,抛光时间2分钟;再用3μm的金刚石砂轮,转速2000rpm,磨削速度为2μm/min,抛光时间8分钟;再用1μm金刚石砂轮,转速3000rpm,磨削速度为0.3μm/min,抛光时间12分钟;
(4)砂轮抛光后的碳化硅晶片进行双面化学机械抛光,使用酸性的氧化硅抛光液,加入一定比例的高锰酸钾,调节抛光液的pH值为4,抛光压力为300g/cm2,抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫,抛光时间为3h。
所述的氧化硅抛光液的质量分数为30%,粒度为80nm。
所述的氧化硅抛光液与高锰酸钾的体积比为1:10。
所述的聚氨酯抛光垫的邵氏硬度为85。
实施例3
一种高效的碳化硅晶片的加工方法,其具体步骤如下:
(1)晶片倒角;
(2)倒角后的晶片进行双面研磨,使用水基型金刚石抛光液,金刚石颗粒粒径为5μm,研磨压力为160 g/cm2,研磨盘为铸铁盘,铸铁盘表面开槽,开槽间隔20mm,槽宽1mm,槽深10mm,研磨时间为3h;
(3)采用全自动砂轮抛光设备,对晶片两面进行打磨抛光,先用10μm的金刚石砂轮,转速800rpm,磨削速度为5μm/min,抛光时间2分钟;再用5μm的金刚石砂轮,转速1600rpm,磨削速度为2μm/min,抛光时间8分钟;再用2μm金刚石砂轮,转速3000rpm,磨削速度为0.8μm/min,抛光时间10分钟;
(4)砂轮抛光后的碳化硅晶片进行双面化学机械抛光,使用酸性的氧化铈抛光液,加入一定比例的高锰酸钾,调节抛光液的pH值为2,抛光压力为400g/cm2,抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫,抛光时间为4h。
所述的氧化铈抛光液的质量分数为10%,粒度为140nm。
所述的氧化铈抛光液与高锰酸钾的体积比为1:15。
所述的聚氨酯抛光垫的邵氏硬度为85。
实施例4
一种高效的碳化硅晶片的加工方法,其具体步骤如下:
(1)晶片倒角;
(2)倒角后的晶片进行双面研磨,使用水基型金刚石抛光液,金刚石颗粒粒径为10μm,研磨压力为200 g/cm2,研磨盘为铸铁盘,铸铁盘表面开槽,开槽间隔10mm,槽宽1mm,槽深10mm,研磨时间为2.5h;
(3)采用全自动砂轮抛光设备,对晶片两面进行打磨抛光,先用10μm的金刚石砂轮,转速1000rpm,磨削速度为5μm/min,抛光时间2分钟;再用5μm的金刚石砂轮,转速2000rpm,磨削速度为2μm/min,抛光时间10分钟;再用2μm金刚石砂轮,转速3000rpm,磨削速度为1μm/min,抛光时间10分钟;
(4)砂轮抛光后的碳化硅晶片进行双面化学机械抛光,使用酸性的氧化硅抛光液,加入一定比例的次氯酸钠,调节抛光液的pH值为5,抛光压力为600g/cm2,抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫,抛光时间为5h。
所述的氧化硅抛光液的质量分数为30%,粒度为120nm。
所述的氧化硅抛光液与次氯酸钠的体积比为1:5。
所述的聚氨酯抛光垫的邵氏硬度为92。
应该指出,上述的具体实施方式只是对本发明进行详细说明,它不应是对本发明的限制。对于熟悉本领域技术的人员而言,在不偏离权利要求的宗旨和范围时,可以有多种形式和细节的变化。

Claims (1)

1.一种高效的碳化硅晶片的加工方法,包括下述步骤:
(1)晶片倒角;
(2)双面机械研磨,使用水基型金刚石抛光液,金刚石颗粒粒径为2~20μm,研磨压力为25~250g/cm2,研磨盘为铸铁盘,铸铁盘表面开槽,开槽间隔5~50mm,槽宽0.5-2mm,槽深0.5~10mm,研磨时间为1~4h;
(3)砂轮抛光,采用全自动砂轮抛光设备,晶片通过真空吸附固定住,选择一定粒径的金刚石砂轮,对晶片两面进行打磨抛光,磨削速度为0.1~5μm/min,先用5~10μm的金刚石砂轮,转速500~1500rpm,抛光时间1~5分钟;再用2~5μm的金刚石砂轮,转速1500~2500rpm,抛光时间3~10分钟;再用0.5~2μm金刚石砂轮,转速2500~3500rpm,抛光时间8~20分钟;
(4)双面化学机械抛光,使用酸性的抛光液,加入一定比例的氧化剂,调节抛光液的pH值为2~6,施加一定的抛光压力,抛光垫为邵氏硬度为60~96的聚氨酯类结构的抛光垫,抛光时间为0.5~5h;所述氧化剂为高锰酸钾或次氯酸钠;
步骤(4)所述抛光液为氧化铝抛光液或氧化硅抛光液或氧化铈抛光液;步骤(4)所述抛光液中磨粒的质量分数为30%~50%;步骤(4)所述抛光液中磨粒的粒径为30~100nm或100~200nm;步骤(4)所述抛光液与氧化剂的体积比为1:(0.1~20);步骤(4)所述抛光压力为100-600g/cm2
(5)加工后碳化硅晶片的面型可以达到总厚度变化≤4μm,局部厚度变化≤2μm,弯曲度≤15μm,翘曲度≤15μm,表面粗糙度<0.1nm,晶片表面无肉眼可见缺陷。
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Application publication date: 20190104

Assignee: Shenzhen Reinvested Tianke Semiconductor Co.,Ltd.

Assignor: TANKEBLUE SEMICONDUCTOR Co.,Ltd.|BEIJING TIANKE HEDA NEW MATERIAL CO.,LTD.|XINJIANG TANKEBLUE SEMICONDUCTOR Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023990000677

Denomination of invention: An Efficient Processing Method for Silicon Carbide Wafers

Granted publication date: 20211112

License type: Common License

Record date: 20230725

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