CN116978783B - 一种碳化硅衬底的制备方法及碳化硅衬底 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳化硅衬底的制备方法及碳化硅衬底，涉及半导体制造技术领域。方法包括：对单晶碳化硅进行切割，获得超薄单晶碳化硅晶圆；获得第一载片硅晶圆和第二载片多晶碳化硅晶圆；将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面与所述第一载片硅晶圆进行临时键合；对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面研磨抛光；将所述第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆进行永久键合；通过解键合的方法，将所述第一载片硅晶圆从所述第一表面分离；对所述第一表面进行研磨抛光，并在研磨抛光后的所述第一表面上生长外延层，获得碳化硅衬底。本发明通过与载片键合的方式为超薄单晶碳化硅晶圆提供机械支撑，减少衬底制备所需的单晶碳化硅使用量，降低衬底成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种碳化硅衬底的制备方法及碳化硅衬底。
背景技术
碳化硅材料制作的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等特点，还具有开关速度快、效率高的优势，可大幅降低产品功耗、提高能量转换效率并减小产品体积。目前碳化硅半导体广泛应用于以5G通信、国防军工、航空航天为代表的射频领域和以新能源汽车为代表的电力电子领域。
目前传统的碳化硅衬底制备工艺，参见附图1所示，将单晶碳化硅切割成单晶碳化硅晶圆后，对工作表面进行研磨抛光，再在表面上生长外延层，完成衬底的制备。晶圆在研磨抛光工艺过程中，经常由于机械强度不足或是翘曲度或弯曲度过大而发生碎片，因此单晶碳化硅在被切割成晶圆时需要保证厚度以完成支撑。然而目前单晶碳化硅的制备常采用物理气相传输法（PVT法），该方法能耗高，速率低，制造工艺难度大，导致碳化硅产业链的价值量主要集中于上游衬底环节。同时通过PVT法制备单晶碳化硅，限制了掺杂浓度的提升，使衬底电阻过高，制约了芯片面积的减小。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种碳化硅衬底的制备方法及碳化硅衬底，该方法通过与载片键合的方式为超薄单晶碳化硅晶圆提供机械支撑，解决晶圆在研磨抛光工艺过程中，由于机械强度不足或是翘曲度或弯曲度过大而发生的碎片问题，减少衬底制备所需的单晶碳化硅使用量，降低衬底成本。
本申请实施例提供以下技术方案：一种碳化硅衬底的制备方法，包括：
对单晶碳化硅进行切割，获得超薄单晶碳化硅晶圆；
获得第一载片硅晶圆和第二载片多晶碳化硅晶圆；
将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面与所述第一载片硅晶圆进行临时键合；
对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面进行研磨抛光；
将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆进行永久键合；
通过解键合的方法，将所述第一载片硅晶圆从所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面分离；
对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面进行研磨抛光，并在研磨抛光后的所述第一表面上生长外延层，获得碳化硅衬底。
根据本申请一种实施例，所述超薄单晶碳化硅晶圆的厚度为150~250um。
根据本申请一种实施例，还包括：通过临时键合胶，将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面与所述第一载片硅晶圆进行临时键合。
根据本申请一种实施例，所述解键合的方法包括：将键合后的所述超薄单晶碳化硅晶圆和所述第一载片硅晶圆于350℃下加热，使所述临时键合胶软化，再通过施加剪切力使所述第一载片硅晶圆与所述超薄单晶碳化硅晶圆分离。
根据本申请一种实施例，所述解键合的方法包括：将键合后的所述超薄单晶碳化硅晶圆和所述第一载片硅晶圆浸泡于丙酮溶液或丙二醇甲醚乙酸酯溶液中5小时，溶解去除所述临时键合胶，使所述第一载片硅晶圆与所述超薄单晶碳化硅晶圆分离。
根据本申请一种实施例，还包括：对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面进行研磨抛光，使所述第一表面的表面粗糙度小于0.5nm。
根据本申请一种实施例，还包括：将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆的表面先经过等离子活化后，再在室温下进行永久键合。
根据本申请一种实施例，还包括：将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆进行永久键合后再进行退火，其中，退火温度为250~300℃，退火时间至少3小时，退火气氛为氮气。
根据本申请一种实施例，所述外延层的厚度为6~10um。
本申请还提供一种碳化硅衬底，所述碳化硅衬底根据上述的碳化硅衬底的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
1.单晶碳化硅可以被切割成超薄单晶碳化硅晶圆，厚度小于现有技术衬底的1/3，大幅减少衬底制备所需的单晶碳化硅使用量，降低衬底成本。
2.通过与第一载片硅晶圆键合，为超薄单晶碳化硅晶圆提供机械支撑，解决晶圆在研磨抛光工艺过程中，由于机械强度不足或是翘曲度或弯曲度过大而发生的碎片问题。
3.第一载片硅晶圆与单晶碳化硅晶圆的键合方式为临时键合，能够通过解键合的方式分离，第一载片硅晶圆通过湿法清洗处理后可以重复使用，降低工艺制造成本。
4.第二载片多晶碳化硅晶圆与单晶碳化硅晶圆通过表面等离子体活化后，在室温下进行键合，处理简单，可控性强，无需高温高压等复杂条件。
5.通过高质量多晶碳化硅和单晶碳化硅键合后制备的衬底，与现有纯单晶碳化硅衬底相比，衬底电阻更小，能为芯片面积的进一步减小提供工艺基础。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为传统碳化硅衬底制备方法的工艺示意图；
图2为本发明实施例的碳化硅衬底制备方法的工艺示意图；
图3为本发明实施例的碳化硅衬底制备方法的详细步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本发明的描述中，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图2所示，本发明提供一种碳化硅衬底制备方法，包括：
提供第一载片硅晶圆，与切割后的超薄单晶碳化硅晶圆进行临时键合，为所述超薄单晶碳化硅晶圆提供机械支撑；
提供第二载片多晶碳化硅晶圆，与所述超薄单晶碳化硅晶圆进行永久键合；
将所述第一载片硅晶圆从所述超薄单晶碳化硅晶圆上解键合分离，在分离后的所述超薄单晶碳化硅晶圆表面生长外延层，完成衬底制备，用于后续工艺，制成相关器件。
本发明能够有效减少单晶碳化硅的使用量，降低衬底制备成本；同时通过高质量单晶碳化硅晶圆和多晶碳化硅晶圆的键合，能够降低衬底电阻，为芯片面积的进一步减小提供工艺基础。
在一种实施例中，如图2-图3所示，本发明实施例提供了一种碳化硅衬底的制备方法，包括：
S101.对单晶碳化硅进行切割，获得超薄单晶碳化硅晶圆；
S102.获得第一载片硅晶圆和第二载片多晶碳化硅晶圆；
S103.将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面与所述第一载片硅晶圆进行临时键合；
S104.对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面进行研磨抛光；
S105.将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆进行永久键合；
S106.通过解键合的方法，将所述第一载片硅晶圆从所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面分离；
S107.对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面进行研磨抛光，并在研磨抛光后的所述第一表面上生长外延层，获得碳化硅衬底。
在一种具体实施例中，所述超薄单晶碳化硅晶圆的厚度为150~250um。本实施例的切割后的所述超薄单晶碳化硅晶圆，其厚度可以低至200um，通过与载片键合的方式为超薄单晶碳化硅晶圆提供机械支撑，解决晶圆在研磨抛光工艺过程中，由于机械强度不足或是翘曲度或弯曲度过大而发生的碎片问题，在制备超薄碳化硅衬底的基础上，减少衬底制备所需的单晶碳化硅使用量。
在一种具体实施例中，通过临时键合胶，将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面与所述第一载片硅晶圆进行临时键合。在具体实施时，所述临时键合胶的可选型号为Waferbond HT-10.10或Waferbond HT-10.11。
在一种具体实施例中，所述解键合的方法包括：将键合后的所述超薄单晶碳化硅晶圆和所述第一载片硅晶圆于350℃下加热，使所述临时键合胶软化，再通过施加剪切力使所述第一载片硅晶圆与所述超薄单晶碳化硅晶圆分离，所述第一载片硅晶圆通过湿法清洗处理后可以重复使用。
在另一实施例中，所述解键合的方法包括：将键合后的所述超薄单晶碳化硅晶圆和所述第一载片硅晶圆浸泡于丙酮溶液或丙二醇甲醚乙酸酯溶液中5小时，溶解去除所述临时键合胶，使所述第一载片硅晶圆与所述超薄单晶碳化硅晶圆分离。本实施例的解键合方法能够通过湿化学浸泡地方式实现，利用临时键合胶在特定溶剂中的溶解特性，将键合后的晶圆在溶剂中浸泡，去除键合界面间的临时键合胶，分离第一载片硅晶圆。
具体实施时，对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面进行研磨抛光，使所述第一表面的表面粗糙度小于0.5nm，再在研磨抛光后的所述第一表面上生长外延层。
在一种实施例中，所述外延层的厚度为6~10um，用于功率器件等的制造工艺。
具体实施时，还包括：将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆的表面先经过等离子活化后，再在室温下进行永久键合。
根据本申请一种实施例，还包括：将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆进行永久键合后再进行退火，其中，退火温度为250~300℃，退火时间至少3小时，退火气氛为氮气。
本申请实施例提供一种碳化硅衬底制备方法，通过与载片键合的方式为超薄单晶碳化硅晶圆提供机械支撑，解决晶圆在研磨抛光工艺过程中，由于机械强度不足或是翘曲度或弯曲度过大而发生的碎片问题，减少衬底制备所需的单晶碳化硅使用量，降低衬底成本。在此基础上，本申请实施例通过高质量多晶碳化硅和单晶碳化硅的键合，以达到降低衬底电阻，为芯片面积的进一步减小提供工艺基础的目的。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种碳化硅衬底的制备方法，其特征在于，包括：
对单晶碳化硅进行切割，获得超薄单晶碳化硅晶圆；
获得第一载片硅晶圆和第二载片多晶碳化硅晶圆；
将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面与所述第一载片硅晶圆进行临时键合；
对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面进行研磨抛光；
将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆进行永久键合；
通过解键合的方法，将所述第一载片硅晶圆从所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面分离；
对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面进行研磨抛光，并在研磨抛光后的所述第一表面上生长外延层，获得碳化硅衬底；
所述超薄单晶碳化硅晶圆的厚度为150~250um；
还包括：通过临时键合胶，将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面与所述第一载片硅晶圆进行临时键合；
还包括：将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆的表面先经过等离子活化后，再在室温下进行永久键合；
还包括：将所述超薄单晶碳化硅晶圆的第二表面与所述第二载片多晶碳化硅晶圆进行永久键合后再进行退火，其中，退火温度为250~300℃，退火时间至少3小时，退火气氛为氮气。
2.根据权利要求1所述的碳化硅衬底的制备方法，其特征在于，所述解键合的方法包括：将键合后的所述超薄单晶碳化硅晶圆和所述第一载片硅晶圆于350℃下加热，使所述临时键合胶软化，再通过施加剪切力使所述第一载片硅晶圆与所述超薄单晶碳化硅晶圆分离。
3.根据权利要求1所述的碳化硅衬底的制备方法，其特征在于，所述解键合的方法包括：将键合后的所述超薄单晶碳化硅晶圆和所述第一载片硅晶圆浸泡于丙酮溶液或丙二醇甲醚乙酸酯溶液中5小时，溶解去除所述临时键合胶，使所述第一载片硅晶圆与所述超薄单晶碳化硅晶圆分离。
4.根据权利要求1所述的碳化硅衬底的制备方法，其特征在于，还包括：对所述超薄单晶碳化硅晶圆的第一表面进行研磨抛光，使所述第一表面的表面粗糙度小于0.5nm。
5.根据权利要求1所述的碳化硅衬底的制备方法，其特征在于，所述外延层的厚度为6~10um。
6.一种碳化硅衬底，其特征在于，所述碳化硅衬底根据权利要求1至5任一所述的碳化硅衬底的制备方法制备得到。
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