CN116092931A - 一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体工艺领域，具体为一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，包括步骤一：在SiC晶圆正面通过键合胶键合一层玻璃片，用于保护正面的器件结构；步骤二：利用激光在SiC晶圆背面的特定深度形成角质层点平面；步骤三：在SiC晶圆背面再键合一层玻璃片；步骤四：分离碳化硅晶圆衬底；步骤五：对分离的SiC表面进行表面处理；步骤六：在碳化硅背面沉积欧姆接触金属并激光退火；步骤七：在碳化硅背面沉积金属；步骤八：将沉积完背面金属的碳化硅晶圆贴膜固定到切割框架上；步骤九：解离键合正面的玻璃，其通过激光在碳化硅晶圆衬底的特定厚度改质后，实现将衬底一分为二的减薄功能，同时分出的另一半背面的衬底可以进行二次利用，避免了浪费。
Description
技术领域
本发明属于半导体工艺领域，具体涉及一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺。
背景技术
碳化硅作为新一代的宽禁带半导体材料，在功率半导体领域具有极其优异的性能表现，也是功率半导体器件发展的前沿和未来方向。碳化硅是一种由硅(Si)和碳(C)构成的化合物半导体材料，具有优越的电学性能，包括宽禁带达到2 .3~3 .3eV是硅的3倍、高击穿场强0 .8e16~2e16V/cm是硅的10倍、高饱和飘逸速度2e7cm/s是硅的2 .7倍以及高热导率4 .9W/cm K是硅的2 .5倍，这些特性使碳化硅材料有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、饱 和速度大、最大工作温度高等优良特性，这些优良特性也使得碳化硅电子器件可以在高电压、高发热量、高频率的环境下工作，故而与砷化镓、硅相比，碳化硅相比被认为是制作高功率电子器件的最佳材料。
目前碳化硅功率器件大多是基于300-400μm厚度碳化硅晶圆制作的垂直型器件，如SBD二极管、MOSFET、BJT、PiN二极管、JFET、IGBT等。过厚的基板造成了较高的衬底电阻，使得衬底压降占据了通态压降的较大比重，对于电压等级较小的器件其影响尤其显著，1200V等级及以下的碳化硅器件衬底电阻占通态电阻的比重可以达到30%-90%，因此碳化硅功率器件通常面临晶圆减薄的需求。
由于碳化硅晶圆减薄后的翘曲度高，尤其是在碳化硅晶圆衬底向8英寸发展后，减薄后的碳化硅晶圆翘曲会更大，因此业界通常会把减薄放在器件制造工艺的最后。如中国专利201710525097.1公开了一种超薄碳化硅芯片的制作方法，在完成正面器件后对碳化硅晶圆进行背面减薄，从初始的350μm减薄至80-120μm，再在背面激光退火制作背面电极以完成整个器件。但当前针对碳化硅晶圆的减薄方式大家都仍然是使用机械研磨的方式，这种方式一方面容易伤害SiC背面衬底，且分离出来的背面的衬底不能二次利用，容易造成浪费。。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明克服上述缺陷，现提出一种使用激光减薄碳化硅衬底的方式，即通过激光在碳化硅晶圆衬底的特定厚度改质后，实现将衬底一分为二的减薄功能，同时分出的另一半背面的衬底可以进行二次利用，避免了浪费。
本发明的技术解决方案是：本发明提供一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，包括如下具体步骤，
步骤一：在SiC晶圆正面通过键合胶键合一层玻璃片，用于保护正面的器件结构；
步骤二：利用激光在SiC晶圆背面的特定深度形成角质层点平面；
步骤三：在SiC晶圆背面再键合一层玻璃片；
步骤四：分离碳化硅晶圆衬底；
步骤五：对分离的SiC表面进行表面处理；
步骤六：在碳化硅背面沉积欧姆接触金属并激光退火；
步骤七：在碳化硅背面沉积金属；
步骤八：将沉积完背面金属的碳化硅晶圆贴膜固定到切割框架上；
步骤九：解离键合正面的玻璃。
本发明的进一步改进在于：所述SiC晶圆的尺寸为6英寸、8英寸或者12英寸。
本发明的进一步改进在于：：所述步骤一和步骤三中，键合胶均采用预制的固态胶带，或者采用液态旋涂或喷涂方式进行涂敷。
本发明的进一步改进在于：所述步骤二中，特定深度为工艺要求的最后碳化硅衬底的厚度+x，工艺要求的厚度为50um-150um之间的任意厚度。
本发明的进一步改进在于：所述步骤四中，分离碳化硅晶圆衬底的方式采用机械式的方式，通过舌片使用外力轻轻掰开，或者通过液氮冷缩的方式，使得改质层自动裂开。
本发明的进一步改进在于：所述步骤五中，所述表面处理是采用机械式抛光或者等离子体表面干法刻蚀或者是液体化学品进行湿法表面蚀刻的方式进行表面处理。
本发明的进一步改进在于：所述步骤六中，所述沉积欧姆接触金属时，采用电子枪加热金属使其蒸发的方式，或使用氩原子轰击金属表面使其溅射的方式，在SiC表面沉积一层金属形成欧姆接触，该金属采用Ni，Ti或者Al。
本发明的进一步改进在于：所述步骤七中，在金属沉积时，采用电子枪加热金属使其蒸发的方式，或使用氩原子轰击金属表面使其溅射的方式，在SiC表面的欧姆接触金属上再沉积背面金属，该金属为Ti/Ni/Ag，或者是Ti/Ni/Au或Ti/Cu。
本发明的进一步改进在于：所述步骤九中，所述解离采用激光或UV照射的方式，使键合胶解离分开正面键合的玻璃，并清洗表面。
本发明的有益效果是：本发明提出一种使用激光减薄碳化硅衬底的方式，通过不伤害SiC背面衬底，即通过激光在碳化硅晶圆衬底的特定厚度改质后，实现将SiC晶圆衬底一分为二的减薄功能，既达到了衬底的减薄功能，同时分离出来的另一半背面的衬底可以继续使用制作新的器件，进行二次利用，避免了浪费。
附图说明
图1是本发明步骤一晶圆正面保护示意图；
图2是本发明步骤二晶圆背面角质层点平面示意图；
图3是本发明步骤三SiC晶圆背面键合玻璃片示意图；
图4是本发明步骤四分离SiC晶圆衬底；
图5是本发明步骤五对分离的SiC表面进行表面处理的示意图；
图6是本发明步骤六SiC背面沉积欧姆接触金属示意图；
图7是本发明步骤七在SiC背面沉积金属示意图；
图8是本发明步骤八将SiC晶圆固定到切割框架示意图；
图9是本发明步骤九解离键合正面玻璃示意图；
其中： 1-SiC晶圆，2-键合胶，3-玻璃片，4-激光改质层，5-欧姆接触金属，6-背面金属，7-固体膜，8-金属框架。
具体实施方式。
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例1：
本实施例提供的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，所述SiC晶圆的尺寸为6英寸，包括如下具体步骤，
步骤一：在SiC晶圆正面通过键合胶键合一层玻璃片，用于保护正面的器件结构，其中键合胶采用预制的固态胶带；
步骤二：利用激光在SiC晶圆背面的特定深度形成角质层点平面。特定深度为工艺要求的最后碳化硅衬底的厚度（75um）+x（3um）；
步骤三：在SiC晶圆背面再通过键合胶键合一层玻璃片，其中键合胶采用预制的固态胶带；
步骤四：分离碳化硅晶圆衬底，采用机械式的方式，通过舌片使用外力轻轻掰开，使得改质层自动裂开；
步骤五：对分离的SiC表面采用机械式抛光进行表面处理，去除3um厚度；
步骤六：在碳化硅背面采用电子枪加热金属使其蒸发的方式，在SiC表面沉积一层金属形成欧姆接触，该金属采用Ni,并激光退火,；
步骤七：在碳化硅背面，采用电子枪加热金属使其蒸发的方式，在SiC表面的欧姆接触金属上再沉积背面金属，该金属为Ti/Ni/Ag；
步骤八：将沉积完背面金属的碳化硅晶圆贴膜固定到切割框架上；
步骤九：通过激光的方式，使键合胶解离分开正面键合的玻璃，并清洗表面。
该实施例通过不伤害SiC背面衬底的方法，将SiC晶圆的衬底一分为二，既达到了衬底的减薄功能，同时背面分离出来的衬底，可以继续使用制作新的器件。
实施例2：
本实施例提供的本实施例提供的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，所述SiC晶圆的尺寸为8英寸，包括如下具体步骤，
步骤一：在SiC晶圆正面通过键合胶键合一层玻璃片，用于保护正面的器件结构，其中键合胶采用
液态旋涂或喷涂方式进行涂敷；
步骤二：利用激光在SiC晶圆背面的特定深度形成角质层点平面。特定深度为工艺要求的最后碳化硅衬底的厚度（100um）+x（3um）；
步骤三：在SiC晶圆背面再通过键合胶键合一层玻璃片，其中键合胶采用液态旋涂或喷涂方式进行涂敷；
步骤四：分离碳化硅晶圆衬底，通过液氮冷缩的方式，使得改质层自动裂开；
步骤五：对分离的SiC表面采用等离子体表面干法刻蚀的方式进行表面处理，去除3um厚度；
步骤六：在碳化硅背面采用氩原子轰击金属表面使其溅射的方式，在SiC表面沉积一层金属形成欧姆接触，该金属采用Ti,并激光退火,；
步骤七：在碳化硅背面，采用氩原子轰击金属表面使其溅射的方式，在SiC表面的欧姆接触金属上再沉积背面金属，该金属为Ti/Ni/Au；
步骤八：将沉积完背面金属的碳化硅晶圆贴膜固定到切割框架上；
步骤九：通过UV照射的方式，使键合胶解离分开正面键合的玻璃，并清洗表面。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和发明书中描述的只是发明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：包括如下具体步骤，
步骤一：在SiC晶圆正面通过键合胶键合一层玻璃片，用于保护正面的器件结构；
步骤二：利用激光在SiC晶圆背面的特定深度形成角质层点平面；
步骤三：在SiC晶圆背面再键合一层玻璃片；
步骤四：分离碳化硅晶圆衬底；
步骤五：对分离的SiC表面进行表面处理；
步骤六：在碳化硅背面沉积欧姆接触金属并激光退火；
步骤七：在碳化硅背面沉积金属；
步骤八：将沉积完背面金属的碳化硅晶圆贴膜固定到切割框架上；
步骤九：解离键合正面的玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：所述SiC晶圆的尺寸为6英寸、8英寸或者12英寸。
3.根据权利要求1所述的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：所述步骤一和步骤三中，键合胶均采用预制的固态胶带，或者采用液态旋涂或喷涂方式进行涂敷。
4.根据权利要求1所述的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：所述步骤二中，特定深度为工艺要求的最后碳化硅衬底的厚度+x，工艺要求的厚度为50um-150um之间的任意厚度。
5.根据权利要求1所述的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：所述步骤四中，分离碳化硅晶圆衬底的方式采用机械式的方式，通过舌片使用外力轻轻掰开，或者通过液氮冷缩的方式，使得改质层自动裂开。
6.根据权利要求1所述的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：所述步骤五中，所述表面处理是采用机械式抛光或者等离子体表面干法刻蚀或者是液体化学品进行湿法表面蚀刻的方式进行表面处理。
7.根据权利要求1所述的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：所述步骤六中，所述沉积欧姆接触金属时，采用电子枪加热金属使其蒸发的方式，或使用氩原子轰击金属表面使其溅射的方式，在SiC表面沉积一层金属形成欧姆接触，该金属采用Ni，Ti或者Al。
8.根据权利要求1所述的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：所述步骤七中，在金属沉积时，采用电子枪加热金属使其蒸发的方式，或使用氩原子轰击金属表面使其溅射的方式，在SiC表面的欧姆接触金属上再沉积背面金属，该金属为Ti/Ni/Ag，或者是Ti/Ni/Au或Ti/Cu。
9.根据权利要求1所述的一种激光减薄的碳化硅晶圆背面工艺，其特征在于：所述步骤九中，所述解离采用激光或UV照射的方式，使键合胶解离分开正面键合的玻璃，并清洗表面。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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