CN115799061A - SiC晶圆切割片加工方法及SiC晶圆切割片加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种SiC晶圆切割片加工方法及SiC晶圆切割片加工装置，所述SiC晶圆切割片加工方法对SiC切割片具有切割损伤层的表面先进行氯基气体等离子体刻蚀，再对氯基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行氟基气体等离子体刻蚀，并对氟基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行精抛并进行清洗，不需要对SiC切割片具有切割损伤层的表面进行研磨、粗抛处理，后续直接进行精抛，不仅省却了两步研磨抛光工艺，更省却了研磨抛光后的多步清洗步骤，能有效减少清洗流程化学试剂用量，实现了SiC切割片同步刻蚀均匀去除的效果，对工业化生产提高加工效率具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及SiC晶圆切割片领域，特别涉及一种SiC晶圆切割片加工方法及SiC晶圆切割片加工装置。
背景技术
单晶碳化硅材料硬度仅次于金刚石，有着优异的物理化学稳定性，是制作高温、高频、大功率和高集成度电子器件的主要原材料。SiC衬底制造难度较大，生产门槛高，SiC切割片经过多道工序如减薄、研磨、抛光和清洗形成SiC晶圆，切割片的加工大约需要对SiC切片进行约50-100 微米的厚度去除。
目前针对碳化硅加工的创新主要集中在如何从晶锭得到切割片，而切割片后续的磨抛清洗工序主要的特点是机台多，人员多，主要创新点在加工机台的自动化方面，但由于后续的磨抛清洗工序包含了多道工序：倒角、研磨、研磨后清洗、粗抛、初抛后清洗、精抛、精抛后清洗等，磨抛清洗需要多机台高精度协同工作，加工效率受限，且清洗工序涉及多类化学品，如浓硫酸、双氧水、浓盐酸、氨水等，通常混合使用，产生的化学废料较多，后续废料处理存在难度；且现有的清洗流程化学试剂用量高，超纯水用量大，对设备耐酸碱腐蚀性要求高；清洗步骤繁杂，过程可能导致新杂质的引入。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种SiC晶圆切割片加工方法及SiC晶圆切割片加工装置，能有效减少SiC晶圆切割后抛光清洗的步骤，减少清洗流程化学试剂用量，且能实现SiC晶圆同步刻蚀均匀去除的效果，对工业化生产提高加工效率具有指导意义。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种SiC晶圆切割片加工方法，包括：
提供SiC切割片，所述SiC切割片的至少一个表面具有切割损伤层；
对SiC切割片具有切割损伤层的表面进行氯基气体等离子体刻蚀，去除第一厚度的SiC层；
对氯基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行氟基气体等离子体刻蚀，去除第二厚度的SiC层；
对氟基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行精抛并进行清洗。
作为一种可实施方式，所述切割损伤层为线切割形成的切割损伤层或者为激光改质切割形成的切割损伤层。
作为一种可实施方式，所述氯基气体等离子体刻蚀和氟基气体等离子体刻蚀采用反应离子刻蚀工艺或感应耦合等离子刻蚀工艺。
作为一种可实施方式，所述氯基气体等离子体刻蚀使用CHCl3、臭氧作为刻蚀反应气体，氩气作为工作气体，去除第一厚度的SiC层的厚度范围为50-60μm, 去除速率1.5-5μm/min。
作为一种可实施方式，所述氟基气体等离子体刻蚀使用四氟化碳、六氟化硫和/或三氟化氮作为刻蚀反应气体，氩气为工作气体, 去除第二厚度的SiC层的厚度范围为15-20μm, 去除速率0.5-1μm/min。
作为一种可实施方式，进行氯基气体等离子体刻蚀或氟基气体等离子体刻蚀时，进气口流量控制在100-150 cm3/min，位于进气口附近且进气通孔均匀分布的等离子体喷淋板的长宽尺寸范围为1500-2500 mm，排气口半径的长宽尺寸范围为50-80 mm。
本发明实施例还提供了一种用于执行所述SiC晶圆切割片加工方法的SiC晶圆切割片加工装置，包括：
等离子体刻蚀反应腔体、位于反应腔体内的多块电极板、载物台、进气口、排气口、等离子体喷淋板，
所述载物台用于装载一片或多片SiC晶圆切割片，所述电极板与射频电源相连，用于电离刻蚀反应气体生成等离子体并对等离子体加速轰击SiC晶圆切割片表面的切割损伤层；所述进气口与供气系统相连，用于供给反应气体和工作气体，所述排气口与真空及尾气处理系统相连，用于抽反应尾气和抽真空，所述等离子体喷淋板和其中一块电极板位于进气口附近位置，所述等离子体喷淋板的尺寸大于进气口和排气口的尺寸，用于将进气口输入的刻蚀反应气体充分电离形成反应离子。
作为一种可实施方式，所述多块电极板包括第一电极板对和第二电极板对：所述第一电极板对的其中一个电极板位于进气口附近位置，另一个电极板位于反应腔体内相对的另一侧，两者的间距范围为900-1500 mm，用以电离刻蚀反应气体；所述第二电极板对的其中一个电机板位于反应腔体顶部的位置，另一个电极板位于载物台底部，用以对等离子体加速轰击SiC晶圆切割片表面的切割损伤层。
作为一种可实施方式，所述等离子体刻蚀反应腔体为反应离子刻蚀腔体或感应耦合等离子刻蚀腔体。
作为一种可实施方式，进气口流量控制在100-150 cm3/min，位于进气口附近且进气通孔均匀分布的等离子体喷淋板的长宽尺寸范围为1500-2500 mm，排气口半径的长宽尺寸范围为50-80 mm。
综上所述，本发明的有益效果在于：
本发明实施例对SiC切割片具有切割损伤层的表面先进行氯基气体等离子体刻蚀，再对氯基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行氟基气体等离子体刻蚀，并对氟基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行精抛并进行清洗，不需要对SiC切割片具有切割损伤层的表面进行研磨、粗抛处理，后续直接进行精抛，不仅省却了两步研磨抛光工艺，更省却了研磨抛光后的多步清洗步骤，能有效减少SiC晶圆切割后抛光清洗的步骤，减少清洗流程化学试剂用量，同时本发明将传统的用于局部沟槽刻蚀的氯基气体等离子体刻蚀、氟基气体等离子体刻蚀用于整个SiC切割片的刻蚀，通过调整工艺参数，实现了SiC切割片同步刻蚀均匀去除的效果，对工业化生产提高加工效率具有指导意义。
对应的SiC晶圆切割片加工装置采用较小的气体入口流量，较大的第一电极板对间距，大的进气尺寸，小的排气尺寸，有助于提高刻蚀的均匀度。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1所示为本发明实施例的SiC晶圆切割片加工方法的流程示意图；
图2所示为本发明的SiC晶圆切割片加工装置的结构示意图；
图3所示为本发明载物台上SiC晶圆切割片的刻蚀俯视图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供了一种SiC晶圆切割片加工方法，包括：
步骤S100，提供SiC切割片，所述SiC切割片的至少一个表面具有切割损伤层；
步骤S200，对SiC切割片具有切割损伤层的表面进行氯基气体等离子体刻蚀，去除第一厚度的SiC层；
步骤S300，对氯基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行氟基气体等离子体刻蚀，去除第二厚度的SiC层；
步骤S400，对氟基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行精抛并进行清洗。
具体的，执行步骤S100，所述SiC切割片是对SiC晶体进行线切割或激光改质切割形成的SiC切割片，至少一个表面具有切割损伤层，因此所述切割损伤层为线切割形成的切割损伤层或者为激光改质切割形成的切割损伤层。
执行步骤S200，所述氯基气体等离子体刻蚀和氯基气体等离子体刻蚀采用反应离子刻蚀工艺或感应耦合等离子刻蚀工艺。
在本实施例中，利用氯基气体反应离子刻蚀工艺对SiC切割片具有切割损伤层的表面进行刻蚀。反应离子刻蚀技术是应用化学反应来达到所要求的选择比，同时通过物理溅射实现纵向刻蚀，是以物理溅射为主并兼有化学反应的过程。在高频电场作用下，Cl基的刻蚀气体被击穿产生辉光放电，使气体原子或分子发生电离，包含有游离基、正离子、负离子和自由电子。SiC切割片与化学性质很活泼的游离基发生反应，生成挥发性物质，被工作气流带出刻蚀腔室，从而实现化学刻蚀；正离子有效加速后对SiC切割片表面进行物理刻蚀。
具体的，所述氯基气体等离子体刻蚀使用CHCl3、臭氧作为刻蚀反应气体，氩气作为工作气体，去除第一厚度的SiC层的厚度范围为50-60μm, 去除速率1.5-5μm/min。
在本实施例中，所述臭氧含量小于反应气体体积比的10％。通过加入臭氧加快刻蚀速率，臭氧的存在会与SiC中的C原子发生反应，生成CO、CO2等气体，增强氯基气体刻蚀产物的解吸附过程，由化学反应平衡原理可知刻蚀反应会随产物浓度的减小而持续进行。但臭氧含量＞10％后，刻蚀速率会随着气体混合比的增大而下降，这是因为在臭氧含量比较高的情况下，容易在刻蚀表面生成不能及时去除的产物 SiOx，降低刻蚀速率。
在其他实施例中，也可以采用其他含氯气体进行氯基气体反应离子刻蚀，且去除第一厚度的SiC层的厚度范围可以根据SiC切割片的损伤情况进行具体设置。
执行步骤S300，在本实施例中，去除第一厚度的SiC层后，利用氟基气体反应离子刻蚀工艺对SiC切割片具有切割损伤层的表面进行刻蚀。
具体的，所述氟基气体等离子体刻蚀使用四氟化碳、六氟化硫和/或三氟化氮作为刻蚀反应气体，氩气为工作气体, 去除第二厚度的SiC层的厚度范围为15-20μm, 去除速率0.5-1μm/min。
在其他实施例中，也可以采用其他含氟气体进行氟基气体反应离子刻蚀，且去除第二厚度的SiC层的厚度范围可以根据SiC切割片的损伤情况进行具体设置，但整体厚度小于第一厚度的SiC层的厚度范围。
由于氟基刻蚀产物的挥发性较差，去除较慢，会阻滞未反应的SiC材料表面与刻蚀气体的充分接触，使得气-固相界面上的化学吸附过程受阻，从而限制氟基气体的刻蚀速率，氯基气体的刻蚀速率会大于氟基气体的刻蚀速率。通过先快后慢的刻蚀步骤安排，有利于控制SiC晶圆表面的均一性。其次因为氟基气体产生的刻蚀生成物具有较高的蒸气压，容易汽化，氟基化学气体等离子体比氯基离子体产生的颗粒更少，先氯基气体后氟基气体有利于控制SiC晶圆表面的洁净度，有利于减少后续的清洗工序。
且虽然氯基气体等离子体刻蚀、氟基气体等离子体刻蚀是现有技术，但传统的氯基气体等离子体刻蚀、氟基气体等离子体刻蚀多用于进行各项异性的局部沟槽刻蚀和图形刻蚀，本发明利用先氯基气体等离子体刻蚀、后氟基气体等离子体刻蚀的刻蚀工艺组合，对整个SiC切割片进行整体刻蚀，通过调整工艺参数，实现了SiC切割片同步刻蚀均匀去除的效果，对工业化生产提高加工效率具有指导意义。
发明人发现，因为本发明是对SiC晶圆切割片进行整体刻蚀，当进气口流量过低，产生的等离子体密度低则无法实现大量刻蚀去除，若气体入口流量过高，无法在短时间内将工作气体和载气混合均匀，电离后到达设备同一水平面的不同位置工作气体等离子体密度不均，影响刻蚀均匀性。且采用较小的气体入口流量，较大的第一电极板对间距，大的进气尺寸，小的排气尺寸，有助于提高刻蚀的均匀度。
因此在本实施例中，所述等离子体喷淋板具有均匀分布的1mm直径的的进气通孔，且所述等离子体喷淋板的长宽尺寸远大于进气口和排气口，位于进气口附近且进气通孔均匀分布的等离子体喷淋板的长宽尺寸范围为1500-2500 mm，进气口流量控制在100-150cm3/min，排气口半径的长宽尺寸范围为50-80 mm。
请参考图2，为本发明实施例的SiC晶圆切割片加工装置的结构示意图，包括：等离子体刻蚀反应腔体15、位于反应腔体内的多块电极板20、载物台30、进气口90、排气口60、等离子体喷淋板80，
所述载物台30用于装载一片或多片SiC晶圆切割片，所述电极板20与射频电源70相连，用于电离刻蚀反应气体生成等离子体10并对等离子体加速轰击SiC晶圆切割片表面的切割损伤层；所述进气口90与供气系统130相连，用于供给反应气体和工作气体，所述排气口60与真空及尾气处理系统50相连，用于抽反应尾气和抽真空，所述等离子体喷淋板80和其中一块电极板20位于进气口90附近位置，所述等离子体喷淋板80的尺寸大于进气口90和排气口60的尺寸，用于将进气口输入的刻蚀反应气体充分电离形成反应离子。
在本实施例中，所述SiC晶圆切割片加工装置的等离子体刻蚀反应腔体为反应离子刻蚀腔体，在其他实施例中，所述SiC晶圆切割片加工装置的等离子体刻蚀反应腔体也可以为感应耦合等离子刻蚀腔体，利用所述等离子体刻蚀反应腔体对SiC晶圆切割片进行刻蚀，去除一定厚度的SiC层。
在本实施例中，所述用于刻蚀的SiC晶圆切割片对应的切割损伤层为线切割形成的切割损伤层，由于线切割形成的损伤更大，需要去除较厚的SiC层，在其他实施例中，所述用于刻蚀的SiC晶圆切割片对应的切割损伤层也可以为激光改质切割形成的切割损伤层。
在本实施例中，所述多块电极板20包括第一电极板对和第二电极板对：所述第一电极板对的其中一个电极板位于进气口附近位置，另一个电极板位于反应腔体内相对的另一侧，两者的间距范围为900-1500 mm，用以电离刻蚀反应气体；所述第二电极板对的其中一个电机板位于反应腔体15顶部的位置，另一个电极板位于载物台40底部，用以对等离子体加速轰击SiC晶圆切割片表面的切割损伤层。
在本实施例中，所述载物台40通过旋转支撑架50支撑，请参考图3，所述载物台40可以放置一个或多个SiC晶圆切割片。当反应腔体尺寸比较大，既能同时对多个SiC晶圆切割片进行刻蚀，实现了多个SiC切割片同步刻蚀均匀去除的效果，对工业化生产提高加工效率具有指导意义，且反应腔体尺寸比较大，电极板之间的间距较大，更有利于刻蚀反应气体的等离子体均匀性。
在本实施例中，所述供气系统包括气源100、气体控制阀110和流量控制器120，并输入到进气口90匀气后输入到反应腔体内。
发明人发现，因为本发明是对SiC晶圆切割片进行整体刻蚀，当进气口流量过低，产生的等离子体密度低则无法实现大量刻蚀去除，若气体入口流量过高，无法在短时间内将工作气体和载气混合均匀，电离后到达设备同一水平面的不同位置工作气体等离子体密度不均，影响刻蚀均匀性。且采用较小的气体入口流量，较大的第一电极板对间距，大的进气尺寸，小的排气尺寸，有助于提高刻蚀的均匀度。
因此在本实施例中，所述等离子体喷淋板具有均匀分布的1mm直径的的进气通孔，且所述等离子体喷淋板的长宽尺寸远大于进气口和排气口，位于进气口附近且进气通孔均匀分布的等离子体喷淋板的长宽尺寸范围为1500-2500 mm，进气口流量控制在100-150cm3/min，排气口半径的长宽尺寸范围为50-80 mm。
最后说明，任何依靠本发明装置结构以及所述实施例的技术方案，进行的部分或者全部技术特征的修改或者等同替换，所得到的本质不脱离本发明的相应技术方案，都属于本发明装置结构以及所述实施方案的专利范围。
Claims (10)
1.一种SiC晶圆切割片加工方法，其特征在于，包括：
提供SiC切割片，所述SiC切割片的至少一个表面具有切割损伤层；
对SiC切割片具有切割损伤层的表面进行氯基气体等离子体刻蚀，去除第一厚度的SiC层；
对氯基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行氟基气体等离子体刻蚀，去除第二厚度的SiC层；
对氟基气体等离子体刻蚀完的SiC切割片表面进行精抛并进行清洗。
2.根据权利要求1所述的一种SiC晶圆切割片加工方法，其特征在于，所述切割损伤层为线切割形成的切割损伤层或者为激光改质切割形成的切割损伤层。
3.根据权利要求1所述的一种SiC晶圆切割片加工方法，其特征在于，所述氯基气体等离子体刻蚀和氟基气体等离子体刻蚀采用反应离子刻蚀工艺或感应耦合等离子刻蚀工艺。
4.根据权利要求1所述的一种SiC晶圆切割片加工方法，其特征在于，所述氯基气体等离子体刻蚀使用CHCl3、臭氧作为刻蚀反应气体，氩气作为工作气体，去除第一厚度的SiC层的厚度范围为50-60μm, 去除速率1.5-5μm/min。
5.根据权利要求1所述的一种SiC晶圆切割片加工方法，其特征在于，所述氟基气体等离子体刻蚀使用四氟化碳、六氟化硫和/或三氟化氮作为刻蚀反应气体，氩气为工作气体,去除第二厚度的SiC层的厚度范围为15-20μm, 去除速率0.5-1μm/min。
6.根据权利要求1所述的一种SiC晶圆切割片加工方法，其特征在于，进行氯基气体等离子体刻蚀或氟基气体等离子体刻蚀时，进气口流量控制在100-150 cm3/min，位于进气口附近且进气通孔均匀分布的等离子体喷淋板的长宽尺寸范围为1500-2500 mm，排气口半径的长宽尺寸范围为50-80 mm。
7.一种用于执行如权利要求1所述的SiC晶圆切割片加工方法的SiC晶圆切割片加工装置，其特征在于，包括：
等离子体刻蚀反应腔体、位于反应腔体内的多块电极板、载物台、进气口、排气口、等离子体喷淋板，
所述载物台用于装载一片或多片SiC晶圆切割片，所述电极板与射频电源相连，用于电离刻蚀反应气体生成等离子体并对等离子体加速轰击SiC晶圆切割片表面的切割损伤层；所述进气口与供气系统相连，用于供给反应气体和工作气体，所述排气口与真空及尾气处理系统相连，用于抽反应尾气和抽真空，所述等离子体喷淋板和其中一块电极板位于进气口附近位置，所述等离子体喷淋板的尺寸大于进气口和排气口的尺寸，用于将进气口输入的刻蚀反应气体充分电离形成反应离子。
8.根据权利要求7所述的一种SiC晶圆切割片加工装置，其特征在于，所述多块电极板包括第一电极板对和第二电极板对：所述第一电极板对的其中一个电极板位于进气口附近位置，另一个电极板位于反应腔体内相对的另一侧，两者的间距范围为900-1500 mm，用以电离刻蚀反应气体；所述第二电极板对的其中一个电机板位于反应腔体顶部的位置，另一个电极板位于载物台底部，用以对等离子体加速轰击SiC晶圆切割片表面的切割损伤层。
9.根据权利要求7所述的一种SiC晶圆切割片加工装置，其特征在于，所述等离子体刻蚀反应腔体为反应离子刻蚀腔体或感应耦合等离子刻蚀腔体。
10.根据权利要求7所述的一种SiC晶圆切割片加工装置，其特征在于，进气口流量控制在100-150 cm3/min，位于进气口附近且进气通孔均匀分布的等离子体喷淋板的长宽尺寸范围为1500-2500 mm，排气口半径的长宽尺寸范围为50-80 mm。
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