CN113752401B - 提高SiC晶圆平整度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高SiC晶圆平整度的方法，本发明通过先测量SiC晶圆的平整度数据，包括TTV值、Bow值和Warp值，通过分析计算获得具有最佳平整度的SiC晶圆而需去除的多余SiC材料对应的最佳切割面，采用激光切割的方法，将SiC晶圆表面不平整区域完全去除，再通过研磨抛光工艺将SiC晶圆的表面平整度和表面粗糙度加工到预定值；本发明提高SiC晶圆平整度的方法操作简单，易于实现，通过激光切割可以大部分消除SiC晶圆的不平整度，从而大大提高了后续研磨工序的效率，并且将研磨工序中出现SiC晶圆破裂的风险降到最低，提高了良率，保证产品质量，且加工效率高。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种提高SiC晶圆平整度的方法。
背景技术
碳化硅(SiC)材料具有宽带隙、高热导率、高饱和电子迁移速率、高临界击穿场强以及理化性能稳定等优异的物理性质，是一种重要的第三代半导体材料，被广泛应用于新能源汽车、大功率输配电、微波通讯等领域。SiC单晶衬底和外延片的质量对于功率器件的制造具有重要的影响。除了微管(MP)，堆垛层错(SF)，基平面位错(BPD)和刃位错(TED)等这些晶体缺陷和载流子浓度分布等电学参数之外，晶圆的平整度，比如总厚度变化TTV，晶圆弯曲度Bow和翘曲度Warp，也是一个重要的衡量指标。
平整度差的晶圆会对外延和器件制造工艺造成不良影响。比如在外延生长过程中，不平整的晶圆与加热基座之间的不均匀接触会造成晶圆面内热场分布不均匀，从而加剧外延生长过程中的厚度及电学参数的面内不均匀性，恶化晶圆面内应力分布情况。这种情况对于厚膜外延生长尤其显著。此外，在器件制造流程中，平整度差的晶圆可能导致制造工艺中真空吸盘的吸力降低而在旋转工艺中出现飞片而导致废片产生。
在目前的外延生长和器件制造流程中，厂家常利用晶圆分析检测设备测量晶圆的TTV值，Bow值和Warp值，对来料衬底或外延片做品质鉴别，对于平整度达不到要求的衬底或外延片做报废封存或再加工。然而，继续利用传统的研磨抛光技术对平整度差的晶圆做改善加工存在技术难题：首先，传统的研磨抛光技术难以做到晶圆面上任意位置或任意区域内研磨量的精确控制；其次，对于存在较大应力的晶圆，研磨抛光过程中抛光垫对晶圆施加的压力(通常为几到几十千帕)容易造成晶圆破裂。此外，如果需要的研磨量较大，研磨抛光过程较为耗时。
因此，寻求一种高效加工SiC晶圆以提高SiC晶圆平整度的方法对于提升SiC晶圆质量，以及提高SiC晶圆加工效率和良品率有非常重要的意义。
发明内容
针对上述的不足，本发明目的在于，提供一种易于操作，能提高SiC晶圆加工效率和良品率的提高SiC晶圆平整度的方法。
一种提高SiC晶圆平整度的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)通过晶圆分析检测设备对待加工的SiC晶圆进行测量，获得该SiC晶圆的TTV值、Bow值和Warp值；
(2)将待加工的SiC晶圆放置在载物台上，根据测量获得的TTV值、Bow值和Warp值分析计算出一个能最大程度消除SiC晶圆不平整度的最佳切割面；将垂直于最佳切割面的直线在最佳切割面和实际SiC晶圆表面的交点之间的距离设为该位置对应的最佳切割深度；
(3)根据SiC晶圆表面内不同位置的最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在最佳切割面上照射形成改性点；
(4)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在最佳切割面内扫描所有区域，形成改性面；
(5)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着改性面作解体分离，获得平整面。
作为本发明的一种优选方案，还对平整面作研磨抛光处理。通过研磨抛光方法对暴露出来的解体面进行研磨抛光，直至其表面粗糙度降低到预定值，以提升平整面的平整度。通过激光切割已经消除SiC晶圆的大部分不平整度，有效缩短研磨抛光的耗时，提供了加工效率。同时由于通过激光切割已经将SiC晶圆的不平整部分切除，使得研磨抛光过程中抛光垫施加于SiC晶圆的压力将更加均匀，大大降低了研磨抛光过程中SiC晶圆破裂的风险，从而使得SiC晶圆研磨抛光的良品率显著提升。
作为本发明的一种优选方案，所述SiC晶圆可以为衬底，也可以为外延片。本发明的SiC晶圆平整度的方法适用范围广。
作为本发明的一种优选方案，所述激光聚焦点在最佳切割面的运动方式可以为步进式、连续式或其它方式进行加工，只要能使激光光束造成的改性层能覆盖整个最佳切割面即可。
作为本发明的一种优选方案，所述SiC晶圆被切割调整的表面可以为上表面或者下表面，也可以上、下都需要切割调整，当所述SiC晶圆的上下表面均要调整平整度时，先对其中一表面进行平整度处理，然后再对另一表面进行平整度处理
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(2)针对于具有较大的TTV值的SiC晶圆，且该SiC晶圆一表面平整度较高的情况时，综合TTV值分布数据，分析计算出一个能使该SiC晶圆另一表面获得平整面的最佳切割面；将垂直于最佳切割面的直线在最佳切割面和SiC晶圆另一表面的交点之间的距离设为该位置对应的最佳切割深度。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(2)针对于具有较大的Bow值的SiC晶圆，综合Bow值分布数据，分析计算出一个能使该SiC晶圆上、下表面获得平整面的上最佳切割面和下最佳切割面；将垂直于上、下最佳切割面的直线在上、下最佳切割面和SiC晶圆上、下表面的交点之间的距离设为该位置对应的上最佳切割深度和下最佳切割深度；
(3)根据SiC晶圆上表面内不同位置的上最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在上最佳切割面上照射形成上改性点；
(4)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在上最佳切割面内扫描所有区域，形成上改性面；
(5)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着上改性面作解体分离，获得上平整面；
(3’)根据SiC晶圆下表面内不同位置的下最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在下最佳切割面上照射形成下改性点；
(4’)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在下最佳切割面内扫描所有区域，形成下改性面；
(5’)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着下改性面作解体分离，获得下平整面；
所述步骤(3)-(5)和步骤(3’)-(5’)无先后顺序，即可以先执行步骤(3)-(5)，后执行步骤(3’)-(5’)，反之，亦可以先执行步骤(3’)-(5’)，后执行步骤(3)-(5)。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(2)针对于具有较大的Warp值的SiC晶圆，综合Warp值分布数据，分析计算出一个能使该SiC晶圆上、下表面获得平整面的上最佳切割面和下最佳切割面；将垂直于上、下最佳切割面的直线在上、下最佳切割面和SiC晶圆上、下表面的交点之间的距离设为该位置对应的上最佳切割深度和下最佳切割深度；
(3)根据SiC晶圆上表面内不同位置的上最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在上最佳切割面上照射形成上改性点；
(4)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在上最佳切割面内扫描所有区域，形成上改性面；
(5)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着上改性面作解体分离，获得上平整面；
(3’)根据SiC晶圆下表面内不同位置的下最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在下最佳切割面上照射形成下改性点；
(4’)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在下最佳切割面内扫描所有区域，形成下改性面；
(5’)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着下改性面作解体分离，获得下平整面；
所述步骤(3)-(5)和步骤(3’)-(5’)无先后顺序。所述步骤(3)-(5)和步骤(3’)-(5’)无先后顺序，即可以先执行步骤(3)-(5)，后执行步骤(3’)-(5’)，反之亦可。
本发明的有益效果为：本发明通过先测量SiC晶圆的平整度数据，包括TTV值、Bow值和Warp值，通过分析计算获得具有最佳平整度的SiC晶圆而需去除的多余SiC材料对应的最佳切割面，采用激光切割的方法，将SiC晶圆表面不平整区域完全去除，再通过研磨抛光工艺将SiC晶圆的表面平整度和表面粗糙度加工到预定值；本发明提高SiC晶圆平整度的方法操作简单，易于实现，具体有以下优点：
1、本发明方法利用SiC晶圆的TTV值、Bow值和Warp值计算得到的最佳切割面，从而得到SiC晶圆面内各点对应的切割深度值，利用激光切割可以大部分消除SiC晶圆的不平整度，从而大大提高了后续研磨工序的效率；
2、本发明方法采用激光切割可降低SiC材料的损耗，在研磨抛光工艺前已经消除SiC晶圆的大部分不平整度，从而将由于受力不均而在研磨工序中出现SiC晶圆破裂的风险降到最低，大大提高了良率；
3、本发明方法可根据切割前的不平整度数据，有针对地加工处理，具有很高的精确度和可靠性，且加工效率高。
下面结构附图与实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的实施例1加工示意图。
图2为本发明的实施例2加工示意图。
图3为本发明的实施例3加工示意图。
附图标记说明：
1：SiC晶圆；11：被激光切割剥离后的SiC层；12：被激光切割剥离后两面平整度较高的SiC晶圆；13：被激光切割剥离后的SiC另一层；300：激光切割系统。
具体实施方式
实施例1：本实施例提供的一种提高SiC晶圆平整度的方法，参见图1，主要是消除SiC晶圆面内TTV带来的不平整度，具体包括如下步骤：
1)对于具有较大的TTV值的SiC晶圆1，且其背面A’B’平整度较高的情况，利用晶圆分析检测设备测量整个SiC晶圆1面内的TTV值分布(厚度t(x,y)的变化)、Bow值(弯曲度)及Warp值(翘曲度)，如图1所示。在这种情况下，TTV值对SiC晶圆1不平整度起主要作用；
2)综合TTV值分布数据，分析计算出使得SiC晶圆1获得平整表面的最佳切割面AB。垂直于最佳切割面AB的直线(沿z方向)在最佳切割面和实际晶圆表面的交点之间的距离即为该位置对应的最佳切割深度d(x,y)。对于光学参数一定的激光切割系统，AB面内任意一点对应的聚焦深度值D(x,y)由最佳切割深度d(x,y)决定。
3)根据D(x,y)值，调整激光切割系统300和载物台在z方向上的相对远近位置，从而控制切割深度d(x,y)，使得激光切割系统300的激光聚焦点以一定轨迹在AB面内运动形成改性层；
4)通过施加一定的剥离力，将多余的SiC层11沿着AB面形成的改性层作分离，SiC晶圆主体12的A2B2表面具有较高的平整度，如图1所示；
5)通过对SiC晶圆主体12的A2B2表面进行研磨抛光处理，将表面粗糙度降低到预定值，并进一步提升平整度。
实施例2：本实施例提供的一种提高SiC晶圆平整度的方法，主要是消除SiC晶圆面内Bow值带来的不平整度，具体包括如下步骤：
1)对于具有较大的Bow值的SiC晶圆1，利用晶圆分析检测设备测量整个SiC晶圆1面内的TTV值、Bow值(弯曲度)及Warp值(翘曲度)，如图2所示。在这种情况下，Bow值对SiC晶圆1不平整度起主要作用；
2)综合Bow值分布数据，分析计算出使得SiC晶圆1获得平整表面的最佳切割面AB和A’B’。垂直于最佳切割面AB(或A’B’)的直线(沿z方向)在最佳切割面和实际晶圆上下表面的交点之间的距离即为该位置对应的最佳切割深度d1(x,y)和d2(x,y)。对于光学参数一定的激光切割系统，AB面内任意一点对应的聚焦深度值D1(x,y)和D2(x,y)分别由最佳切割深度d1(x,y)和d2(x,y)决定。
3)根据D1(x,y)和D2(x,y)的数值，调整激光切割系统300和载物台在z方向上的相对远近位置，从而控制切割深度d1(x,y)和d2(x,y)，使得激光切割系统300的激光聚焦点以一定轨迹在AB和A’B’面内运动，可以先沿AB面进行切割，后沿A’B’面切割；反之亦可，在切割后，形成改性层；
4)通过施加一定的剥离力，将多余的SiC层11和SiC层13相应沿着AB和A’B’改性层分离，SiC晶圆主体12的A2B2和A1’B1’表面具有较高的平整度，如图2所示；其中对于SiC层11分离顺序可以早于SiC层13，也可以晚于SiC层13；
5)通过对SiC晶圆主体12的A2B2和A1’B1’表面进行研磨抛光处理，将表面粗糙度降低到预定值，并进一步提升平整度。
实施例3：本实施例提供的一种提高SiC晶圆平整度的方法，主要是消除晶圆面内Warp值带来的不平整度，具体包括如下步骤：
1)对于具有较大的Warp值的SiC晶圆1，利用晶圆分析检测设备测量整个SiC晶圆1面内的TTV值分布、Bow值(弯曲度)及Warp值(翘曲度)，如图3所示。在这种情况下，Warp值对晶圆不平整度起主要作用；
2)综合Warp值分布数据，分析计算出使得SiC晶圆1获得平整表面的最佳切割面AB和A’B’。垂直于最佳切割面AB(或A’B’)的直线(沿z方向)在最佳切割面和实际晶圆上下表面的交点之间的距离即为该位置对应的最佳切割深度d1(x,y)和d2(x,y)。对于光学参数一定的激光切割系统，AB面内任意一点对应的聚焦深度值D1(x,y)和D2(x,y)分别由最佳切割深度d1(x,y)和d2(x,y)决定。
3)根据D1(x,y)和D2(x,y)的数值，调整激光切割系统300和载物台在z方向上的相对远近位置，从而控制切割深度d1(x,y)和d2(x,y)，使得激光切割系统300的激光聚焦点以一定轨迹在AB和A’B’面内运动，可以先沿AB面进行切割，后沿A’B’面切割；反之亦可，在切割后，形成改性层；
4)通过施加一定的剥离力，将多余的SiC层11和SiC层13相应沿着AB和A’B’改性层分离，SiC晶圆主体12的A2B2和A1’B1’表面具有较高的平整度，如图3所示；其中对于SiC层11分离顺序可以早于SiC层13，也可以晚于SiC层13；
5)通过对SiC晶圆主体12的A2B2和A1’B1’表面进行研磨抛光处理，将表面粗糙度降低到预定值，并进一步提升平整度。
综上分析，SiC晶圆中的不平整度通常由TTV值、Bow值及Warp值综合造成，但通过分析SiC晶圆面内的不平整度分布数据，一般情况都可以获得最佳切割面AB或/和A’B’的位置，从而通过调整z方向上的聚焦深度值D1(x,y)和D2(x,y)来控制切割深度d1(x,y)和d2(x,y)，使得激光聚焦点以一定轨迹在AB和A’B’面内运动，形成改性层，因此该发明具有广泛的适应性。由于激光切割处理后的解体面具有较高的平整度，不仅可以使得研磨抛光的效率大大提高，而且将研磨抛光过程中由于SiC晶圆不平整导致的受力不均而产生的晶圆破裂风险也降至最低，有利于提高衬底加工的良品率，保护SiC晶圆产品质量。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的方法，均在本发明保护范围内。
Claims (7)
1.一种提高SiC晶圆平整度的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)通过晶圆分析检测设备对待加工的SiC晶圆进行测量，获得该SiC晶圆的TTV值、Bow值和Warp值；
(2)将待加工的SiC晶圆放置在载物台上，根据测量获得的TTV值、Bow值和Warp值分析计算出一个能最大程度消除SiC晶圆不平整度的最佳切割面；将垂直于最佳切割面的直线在最佳切割面和实际SiC晶圆表面的交点之间的距离设为该位置对应的最佳切割深度；
(3)根据SiC晶圆表面内不同位置的最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离，从而控制激光聚焦在最佳切割面上照射形成改性点；
(4)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在最佳切割面内扫描所有区域，形成改性面；
(5)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着改性面作解体分离，获得平整面；
所述步骤(2)针对于具有较大的TTV值的SiC晶圆，且该SiC晶圆一表面平整度较高的情况时，综合TTV值分布数据，分析计算出一个能使该SiC晶圆另一表面获得平整面的最佳切割面；将垂直于最佳切割面的直线在最佳切割面和SiC晶圆另一表面的交点之间的距离设为该位置对应的最佳切割深度；
所述步骤(2)针对于具有较大的Bow值的SiC晶圆，综合Bow值分布数据，分析计算出一个能使该SiC晶圆上、下表面获得平整面的上最佳切割面和下最佳切割面；将垂直于上、下最佳切割面的直线在上、下最佳切割面和SiC晶圆上、下表面的交点之间的距离设为该位置对应的上最佳切割深度和下最佳切割深度；
所述步骤(2)针对于具有较大的Warp值的SiC晶圆，综合Warp值分布数据，分析计算出一个能使该SiC晶圆上、下表面获得平整面的上最佳切割面和下最佳切割面；将垂直于上、下最佳切割面的直线在上、下最佳切割面和SiC晶圆上、下表面的交点之间的距离设为该位置对应的上最佳切割深度和下最佳切割深度。
2.根据权利要求1所述的提高SiC晶圆平整度的方法，其特征在于，对平整面作研磨抛光处理。
3.根据权利要求1所述的提高SiC晶圆平整度的方法，其特征在于，所述SiC晶圆为衬底或外延片。
4.根据权利要求1所述的提高SiC晶圆平整度的方法，其特征在于，所述激光聚焦点在最佳切割面的运动方式为步进式或连续式。
5.根据权利要求1所述的提高SiC晶圆平整度的方法，其特征在于，当所述SiC晶圆的上下表面均要调整平整度时，先对其中一表面进行平整度处理，然后再对另一表面进行平整度处理。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的提高SiC晶圆平整度的方法，其特征在于，所述步骤(2)针对于具有较大的Bow值的SiC晶圆，还包括以下步骤：
(3)根据SiC晶圆上表面内不同位置的上最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在上最佳切割面上照射形成上改性点；
(4)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在上最佳切割面内扫描所有区域，形成上改性面；
(5)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着上改性面作解体分离，获得上平整面；
(3’)根据SiC晶圆下表面内不同位置的下最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在下最佳切割面上照射形成下改性点；
(4’)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在下最佳切割面内扫描所有区域，形成下改性面；
(5’)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着下改性面作解体分离，获得下平整面；
所述步骤(3)-(5)和步骤(3’)-(5’)无先后顺序。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的提高SiC晶圆平整度的方法，其特征在于，所述步骤(2)针对于具有较大的Warp值的SiC晶圆，还包括以下步骤：
(3)根据SiC晶圆上表面内不同位置的上最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在上最佳切割面上照射形成上改性点；
(4)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在上最佳切割面内扫描所有区域，形成上改性面；
(5)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着上改性面作解体分离，获得上平整面；
(3’)根据SiC晶圆下表面内不同位置的下最佳切割深度数据来调整载物台与激光切割系统的相对距离的远近，从而控制激光聚焦在下最佳切割面上照射形成下改性点；
(4’)沿着SiC晶圆面内方向移动激光切割系统或者载物台，使二者作相对运动，使得激光聚焦点在下最佳切割面内扫描所有区域，形成下改性面；
(5’)通过施加剥离力，将SiC晶圆沿着下改性面作解体分离，获得下平整面；
所述步骤(3)-(5)和步骤(3’)-(5’)无先后顺序。
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