CN117182662A - 一种利用SiC晶棒的头尾片制备衬底的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，包括：获取取晶圆片的厚度和第一外观图片；若厚度大于等于第一预设厚度值且外观不存在缺陷，则标记晶圆片未被切割的一面；对该面进行研磨，直至晶圆片的厚度处于第二预设范围内；双面研磨晶圆片，直至厚度处于第三预设范围内；获取晶圆片的表面质量参数和第二外观图片；若表面质量参数满足目标参数且外观不存在缺陷，则按预设工艺参数进行圆周倒角处理；对晶圆片进行双面抛光，直至晶圆片的厚度处于第四预设范围内；根据预设要求，挑选合格的晶圆片。本发明中方法能够对SiC晶棒的头尾部晶圆片进行再处理以制作成厚度规格偏薄或厚度规格更小的SiC衬底，从而实现减小材料浪费的目的。

Description

一种利用SiC晶棒的头尾片制备衬底的方法

技术领域

本发明涉及SiC晶棒加工技术领域，特别涉及一种利用SiC晶棒的头尾片制备衬底的方法。

背景技术

碳化硅(Silicon Carbide)是目前发展最成熟的第三代半导体材料，化学式为SiC，它具有高临界击穿电场、大禁带宽度、高电子迁移率等优势。目前，应用最广泛的SiC晶型是4H-SiC和6H-SiC，其中6H-SiC适合LED等光电子领域，4H-SiC相对6H-SiC而言电子迁移率更高，特别适合制备高频、高温、大功率微电子器件，尤其在SiC衬底方面的应用。SiC衬底是将高纯度多晶SiC粉末经过升华、晶体生长、切割、研磨、清洗、真空退火、抛光等过程制造而成的薄片形态的碳化硅晶圆。外延是指在衬底的上表面生长一层单晶材料，如果衬底与外延层是同一种材料，这种外延层被称作同质外延，如果衬底与外延层是不同的材料，则称作异质外延。在SiC衬底成形和加工的过程中，会不可避免地在其表面或近表面引入缺陷，影响SiC衬底的体材料质量和表面质量，直接用其制备的器件的性能会较差。而外延层的生长可以消除许多缺陷，使晶格排列整齐，表面形貌较衬底大为改观，这样的外延片用于制造半导体器件，可以极大提高半导体器件的参数稳定性和良率。例如，在碳化硅衬底上异质生长氮化镓外延层，可以用来制造中低压高频功率器件、大功率微波射频器件以及光电器件；在碳化硅衬底上同质生长碳化硅外延层，可用于制造功率器件。

由于晶体的结构具有周期性和对称性，因此一般使用晶面和晶向来描述晶体中原子的相对位置，而六方晶系的晶面指数和晶向指数一般使用密勒-布喇菲指数(hkil)来标定，例如4H-SiC为六方晶格结构，用(UVTW)来表示4H-SiC的晶面指数，用[uvtw]来表示4H-SiC的晶向指数。在SiC同质外延中，为了保证外延材料能够有效地继承衬底的堆垛序列，保证晶体质量，大多采用沿<11-20>偏轴向4°或者8°方向的SiC衬底。衬底偏角切割的意义在于在衬底表面引入原子级别的台阶，在外延过程中吸附的原子倾向于在台阶处成核生长，确保外延过程按台阶流动(Step-Flow)生长模式进行。例如，在导电型4H-SiC衬底上同质生长一层4H-SiC单晶外延，对于晶向角度的要求Off axis方向一般是4°toward<11-20>±0.5°for 4H-N，ON axis方向一般是<0001>±0.5°for 4H-Si。

目前一般采用金刚石线多线切割机切割SiC晶棒，由于SiC晶体具有各向异性的特点，为了保证切割后的SiC衬底片的晶向角度符合技术要求，在切割前会对SiC晶棒进行定向粘棒。之后多线切割机按照设定的向下进给的速率，将SiC晶棒缓慢地向下移动，两个同方向高速旋转的线辊表面车出一定槽距的槽沟，金刚线绕线于槽沟中以形成切割线网，SiC晶棒向下压入时，金刚线由线辊旋转带动而产生拉锯式的切割力，从而对SiC晶棒进行切割。其中，金刚线网之间的距离就是SiC晶圆片的厚度。SiC晶棒在被金刚线网切割后，SiC晶棒两端的头尾部位置都会各产生一片晶圆片，该晶圆片的其中一个面经过金刚线完整切割，而另外一个面不会被金刚线完整切割。由于粘棒后SiC晶棒的物理圆柱中心线与实际的晶向线存在一定的相互夹角，晶棒的圆柱中心线相对两头的硅面和碳面并不能保证是完全的垂直关系，切割后的表面存在一定的倾斜，此时会有部分SiC晶棒头尾片因达不到标准厚度，导致未被利用，从而加大了材料的浪费，影响了生产效益。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种利用SiC晶棒的头尾片制备衬底的方法，能够对部分SiC晶棒的头尾部的晶圆片进行再处理以制作成厚度规格偏薄或厚度规格更小的SiC衬底，实现减小材料浪费的目的。

本发明提供了一种利用SiC晶棒的头尾片制备衬底的方法，具体包括以下步骤：

S100、获取晶圆片的厚度和第一外观图片；

S200、判断所述厚度是否小于第一预设厚度值，同时根据所述第一外观图片判断所述晶圆片的外观是否存在缺陷；

S300、若否，则标记所述晶圆片未被切割的一面；

S400、对所述晶圆片被标记的一面进行研磨，直至所述晶圆片的厚度处于第二预设范围内；

S500、对所述晶圆片的双面进行研磨，直至所述晶圆片的厚度处于第三预设范围内；

S600、获取所述晶圆片的表面质量参数和第二外观图片；

S700、判断所述表面质量参数是否不满足目标参数，同时根据所述第二外观图片判断所述晶圆片的外观是否存在缺陷；

S800、若否，则按预设工艺参数进行圆周倒角处理；

S900、对圆周倒角后的所述晶圆片进行双面抛光，直至所述晶圆片的厚度处于第四预设范围内；

S1000、根据预设要求，挑选合格的晶圆片。

通过使用上述SiC晶棒的头尾片制备衬底的方法，首先将原本只能报废的SiC晶棒头尾片挑选出来，之后经过单面研磨使得晶圆片未被完整切割的一面与被完整切割的一面平行，最终得到两个面都符合晶向要求的晶圆片，接下来通过双面研磨、抛光处理、圆周倒角处理就可以获得偏薄或厚度规格更小的成品片，从而提高了SiC晶棒的利用率，减少了SiC晶棒头尾片重新回炉而带来的二次消耗，节省了制造成本。此外，以线切割后挑选出达到厚度要求的头尾片为基数，成品产出比例可以达到65％以上，提高了企业效益。

另外，根据本发明上述的利用SiC晶棒的头尾片制备衬底的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，步骤S400具体包括：

S410、以预定步长将所述晶圆片的厚度划分为不同的厚度范围；

S420、将属于同一厚度范围的所述晶圆片划分为包含相同数量的若干组，通过上蜡机将同一组的晶圆片未被标记的一面粘接在其中一个陶瓷盘正面上；

S430、将若干个陶瓷盘的正面倒放在游星轮治具上；

S440、开启双面研磨机对该面进行多次分段加速研磨直至所述晶圆片的厚度处于第二预设范围内；

S450、加热研磨后的所述晶圆片使其从陶瓷盘上脱落。

进一步地，步骤S440具体包括：

S441、将每一次研磨划分为多个研磨段，双面研磨机根据预设的加工时间采用研磨浆料循环的方式对所述晶圆片进行第一次研磨，其中每一研磨段所述双面研磨机的转速大于前一段，并且每一段均有各自对应的加工时间；

S442、所述双面研磨机采用研磨浆料循环的方式对晶圆片进行N次研磨直至研磨后测量的晶圆片厚度处于第二预设范围内，其中，第N次的研磨时间由第N-1次研磨的研磨速率确定，第N-1次研磨的研磨速率由第N-1次研磨前后晶圆片的厚度差与各研磨段研磨时间总和获取，N为≥2的正整数。

其中，所用研磨浆料包括粒径为240#的碳化硼粉末、纯水、悬浮剂，三者的质量比例为1～1.5：1.8～2.5：0.1～0.15。

进一步地，步骤S500具体包括：

S510、将多个晶圆片均匀贴合在游星轮孔内；

S520、将双面研磨机的上研磨盘平压在晶圆片朝上的一面；

S530、开启双面研磨机对晶圆片的双面进行多次分段加速加压研磨直至晶圆片厚度处于第三预设范围内。

进一步地，步骤S530具体包括：

S531、将每一次研磨划分为多个研磨段，双面研磨机采用研磨浆料直排的方式以预设的加工时间对晶圆片进行第一次研磨，其中每一研磨段双面研磨机的转速大于前一段，并且每一研磨段均有对应的加工时间；

S532、双面研磨机采用研磨浆料直排的方式对晶圆片进行第二次研磨使研磨后测量的晶圆片厚度达到第三预设厚度值范围内，其中，第二次的研磨时间由第一次研磨的研磨速率确定，第一次研磨的研磨速率由第一次研磨前后晶圆片的厚度差与各研磨段研磨时间总和获取。

其中，所用研磨浆料包括粒径为W14的碳化硼粉末、纯水、悬浮剂，三者的质量比例为1～1.5：1.8～2.5：0.1～0.15。

进一步地，在步骤S100之前还包括将碳化硅晶棒的头尾片依次进行清洗、干燥处理，得到洁净的晶圆片。

进一步地，将碳化硅晶棒的头尾片依次进行清洗、干燥处理，得到洁净的晶圆片，具体包括：

将晶圆片放入三槽清洗机中盛装清洗液的第一槽中进行超声波抛动清洗，同时第一槽内的滤芯循环过滤清洗液，其中，清洗液包括碱液、纯水，两者的质量比例为1：10～15，清洗液温度为60～65℃，超声波频率为28～40KHz，抛动方式为上下抛动，抛动距离为150～300mm，抛动次数为10～20次/分钟，清洗时间为8～12分钟；

将晶圆片放入三槽清洗机中的第二槽中进行超声波纯水漂洗，其中纯水温度为60～65℃，超声波频率为28～40KHz，清洗时间为8～12分钟；

将晶圆片放入三槽清洗机中的第三槽中进行两次快排冲洗处理，其中单次冲洗时间为2～5分钟，单次快速注入时间不大于20秒，单次快速排放时间不大于10秒。

进一步地，在步骤S500之后和在步骤S600之前还包括：将研磨后的所述晶圆片依次进行清洗、干燥处理。

进一步地，将研磨后的所述晶圆片依次进行清洗、干燥处理，具体包括：S

将配置的清洗液倒入四槽清洗机中的第一槽和第二槽中，其中清洗液包括草酸、碱性去蜡清洗剂、纯水，三者的质量比例为2：1：15～25；

将晶圆片放入第一槽中进行第一次超声波抛动清洗，其中清洗液温度为85±5℃，超声波频率为28～40KHz，清洗时间为180～360秒，抛动时间为90～180秒，超声波清洗时间为90～180秒，循环溢流为15～25秒；

将晶圆片放入第二槽中进行第二次超声波抛动清洗，其中清洗液温度75±5℃，超声波频率为28～40KHz，清洗时间为180～360秒，抛动时间为90～180秒，超声波清洗时间为90～180秒，循环溢流为25～40秒；

将晶圆片放入第三槽中进行纯水漂洗，其中水温为60±5℃，清洗时间180～360s，循环溢流常开；

将晶圆片放入第四槽中进行两次快排冲洗处理，其中单次冲洗时间为30～48秒，单次快排水10～15秒；

对清洗后的晶圆片进行旋转甩干，其中冲洗20～40秒，转速420～600rpm，吹净20～30秒，转速1200～1800rpm，干燥180～210秒，转速1200～1800rpm。

进一步地，步骤S800具体包括：

使用粒度为500目的碳化硅砂轮对晶圆片的边缘进行倒角处理，其中直径加工速度为2～3mm/秒，平边加工速度为0.8～1.5mm/秒。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例中的下研磨盘第一视角的结构示意图；

图3为本发明实施例中的下研磨盘第二视角的结构示意图；

主要元件符号说明：

陶瓷盘100、游星轮治具200、下研磨盘300、配重块400、中心齿轮500。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了便于理解本发明，下面将给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

碳化硅晶棒的头尾片，指的是碳化硅晶棒头尾部被线切割后的第一片晶圆片。本申请中以制备6英寸的碳化硅晶圆片为例，具体参数如下：晶圆片直径150±0.2mm、晶圆片平边长度47.5±2.5mm，对本发明中的各实施例进行清楚、完整地描述。

请参阅图1，为本发明实施例的一种利用SiC晶棒的头尾片制备衬底的方法，包括以下步骤：

S100、获取晶圆片的厚度和第一外观图片；

S200、判断厚度是否小于第一预设厚度值，同时根据第一外观图片判断晶圆片的外观是否存在缺陷；

S300、若厚度小于第一预设厚度值和/或晶圆片的外观存在缺陷，则不进行下一步处理；若厚度大于等于第一预设厚度值且晶圆片的外观不存在缺陷，则标记晶圆片未被切割的一面。

具体地，首先使用厚度测量仪，测量每一头片、尾片的实际厚度，挑选出实际厚度超过415μm的碳化硅晶圆片，然后目视检查挑出的晶圆片，主要检查晶圆片的圆周面是否存在大的破损和崩边，同时根据晶圆片表面的线切割痕迹，使用油性笔标记挑出的晶圆片未被线网完整切割的一面。需要理解的是，经过线网完整切割的面的表面是平整的，而且是晶向角度的基准面，但是未经过线网完整切割的面的表面是不平整或者偏斜的。

S400、对晶圆片被标记的一面进行研磨，直至晶圆片的厚度处于第二预设范围内。

具体地，使用研磨机对挑出的晶圆片未被线网完整切割的一面进行研磨，直至晶圆片研磨后的厚度处于385μm±5μm范围内就停止研磨。由于经过线网完整切割的面是平整的且是晶向角度的基准面，因此在研磨未经过线网完整切割的面时将此面作为基准面，当单面研磨完整个面后，就可以得到平行于经过线网完整切割的面的单面研磨表面，此时晶圆片的两个面都符合晶向要求。

S500、对晶圆片的双面进行研磨，直至晶圆片的厚度处于第三预设范围内。

具体地，使用双面研磨机对单面研磨后的晶圆片进行双面研磨，使晶圆片的厚度处于355μm±3μm范围内。由于晶圆片经过线割和单面研磨，晶圆的表面会有切割痕迹和未研磨到的状况，而通过双面研磨可以祛除这些缺陷，为进一步抛光处理提供良好的平整度。

S600、获取晶圆片的表面质量参数和第二外观图片；

S700、判断表面质量参数是否满足目标参数，同时根据第二外观图片判断晶圆片的外观是否存在缺陷；

S800、若表面质量参数不满足目标参数和/或晶圆片的外观存在缺陷，则不进行下一步处理；若表面质量参数满足目标参数且晶圆片的外观不存在缺陷，则按预设工艺参数进行圆周倒角处理。

具体地，在进行圆周倒角前，使用晶向仪对每片晶圆片的两个面进行测量，挑选出符合晶向角度Off axis方向4°±0.5°和ON axis方向0°±0.5°的晶圆片；同时通过目视检查，每片晶圆片的表面必须要被完全研磨到，不能出现线切割痕迹和未研磨到的状况，外观没有尺寸超过0.2mm的崩角破损，晶圆片的表面无肉眼可见的划痕；此外，还需使用AOI检测仪对研磨面进行检测，晶圆片需符合以下参数：WARP(翘曲度)≤85μm、TTV(总厚度偏差)≤30μm、THK(厚度)为355μm±3μm，BOW(弯曲度)≤65μm。挑选出满足前述要求的晶圆片后，就可以按预设工艺参数对进行圆周倒角操作。

具体地，使用粒度为500目的碳化硅砂轮对晶圆片的边缘进行倒角处理。优选的，直径加工速度为2mm/秒，平边加工速度为1mm/秒。

本实施例中，由于经线网切割的晶圆片的边缘一般为锐利的直角，并且碳化硅材料具有硬而脆的材料特性，其直角容易碎裂，在后续制程中易产生热应力、破裂、崩边等其他质量缺陷，除了影响晶圆片的强度外，直角的存在也会成为整个制程中污染微粒的来源，因此需要对碳化硅晶圆片的边缘进行倒角加工的过程，也称圆周倒角。通过圆周倒角，碳化硅晶圆片具有光滑的边缘和较低的中心应力，可以有效地改善和提高硅片整体的机械强度和可加工性。

S900、对圆周倒角后的晶圆片进行双面抛光，直至晶圆片的厚度处于第四预设范围内。

由于双面研磨后，晶圆片的表面因加工会形成一层损伤层，因此需要双面抛光晶圆片，进而为制造出完整而无缺陷的晶圆片材料奠定基础。

可选的，可以利用化学机械研磨方式，将晶圆片双面平整化为纳米级平滑度，并满足碳化硅晶圆片的翘曲度、平坦度等指标，并且晶圆片经抛光后其厚度控制在340μm±3μm范围内。例如，使用双面抛光机，抛光机的上盘和下盘之间放置晶圆片，在上盘和下盘朝向晶圆片的一面上粘贴抛光垫，抛光时将晶圆片夹压在两抛光垫之间，抛光浆料在晶圆与抛光垫之间连续流动，上下盘高速反向运转使得晶圆表面的反应产物被不断剥离，新抛光浆料补充进来，反应产物随抛光浆料带走，新裸露的晶圆片表面有发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复，在衬底、磨粒和化学反应剂的联合作用下形成超精细表面。

需要理解的是，也可以使用单面抛光机，抛光晶圆片的一个面后，脱蜡取片重贴以抛光其另外一个面。

S1000、根据预设要求，挑选合格的晶圆片。

具体地，使用表面平整度测试仪、表面缺陷综合测试仪等仪器设备，检测碳化硅晶片的翘曲度、弯曲度、厚度变化、表面划痕等参数指标，将符合这些参数指标的晶圆片挑选出来。

在本实施例中，通过一系列工艺对SiC晶棒的头尾片进行加工处理，可以获得偏薄或厚度规格更小的成品片，这些成品片可以用于制造一些特定类型的半导体器件，从而提高了SiC晶棒的利用率，减少了SiC晶棒头尾片重新回炉而带来的二次消耗，节省了制造成本。

在本发明的一些实施例中，步骤S400:对晶圆片被标记的一面进行研磨，直至晶圆片的厚度处于第二预设范围内的具体实现过程如下：

S410、以预定步长将晶圆片的厚度划分为不同的厚度范围；

S420、将属于同一厚度范围的晶圆片划分为包含相同数量的若干组，通过液态蜡将同一组的晶圆片未被标记的一面粘接在其中一个陶瓷盘100正面上；

S430、将若干个陶瓷盘100的正面倒放在游星轮治具200上；

S440、开启双面研磨机对该面进行多次分段加速研磨直至所述晶圆片的厚度处于第二预设范围内；

S450、加热研磨后的晶圆片使其从陶瓷盘100上脱落。

具体地，参照图2和图3，首先，将挑选出的晶圆片进行厚度排序，每5μm范围内分为1个厚度档。具体划分时，可以以最小的厚度值为起点，每隔5μm划分一个厚度档，也可以以最大的厚度值为起点，每隔5μm划分一个厚度档。

接着，根据陶瓷盘100正面的尺寸大小，确定能贴合的晶圆片数量，根据该数量值将属于同一厚度档的晶圆片划分为一组。具体到本实施例，由于每个陶瓷盘100的正面可以贴合6片晶圆片，因此需要从属于同一厚度档的晶圆片中挑选出6片以组成一组，并通过上蜡机将这一组6片晶圆片粘接在同一个陶瓷盘100的正面。贴合时，将晶圆片的定位边朝内，同时使用千分表测量晶圆片在陶瓷盘100表面的高度，并记录该厚度值，即为晶圆片研磨前的厚度值A。

可选的，以下详细描述上蜡机的其中一种贴蜡工艺：

1、清洗甩干晶圆片以祛除晶圆片表面的尘埃粒子，然后通过机械真空手臂将将晶圆片吸附在甩蜡真空圆台上，将适量液态蜡滴在晶圆片的中心位置，高速旋转晶圆片，以使液态蜡从晶圆片中心向其圆周方向均匀甩开，从而在晶圆片表面形成0.001mm-0.002mm的蜡层。

2、准备若干经清洗吹干空的陶瓷盘100，通过机械真空手臂将陶瓷盘100搬运到预热工位的圆台上，预加热到80-90℃，之后通过机械真空手臂将陶瓷盘100搬运到贴蜡工位的圆台上，将晶圆片有蜡的一面逐一贴到陶瓷盘100上预定的贴蜡位置，期间保持陶瓷盘100温度在85-95℃之间。一般会贴内外圈各一圈，以提高陶瓷盘100表面的利用率，进而提高加工效率。

3、最后将贴满晶圆片的陶瓷盘100放置到压合工位的圆台上，将晶片压紧压实在陶瓷盘100表面上，保证晶圆片与陶瓷盘100之间没有空隙，圆台内部设置有水冷却的管路，压合的同时，将陶瓷盘100温度降低到20-25℃，然后取下贴好晶圆片的陶瓷盘100，此时完成贴蜡过程。

接着，将3个陶瓷盘100倒放使晶圆片被标记的一面贴合在游星轮治具200上。需要说明的是，一般情况下，3个陶瓷盘100上的晶圆片同属于同一个厚度档，但是当同属于同一个厚度档的晶圆片数量不够时，只需保证单个陶瓷盘100上的晶圆片属于同一个厚度档。

需要说明的是，本实施例中游星轮治具200的偏心距为35mm，偏置中心的主要目的是在单面研磨过程中增加陶瓷盘100的位移频次和距离，进而提高研磨效率，游星轮治具200的外圈轮齿与双面研磨机的环齿和中心齿相互啮合，电机驱动中心齿转动，中心齿带动游星轮治具200公转和自转晶圆片，此时晶圆片表面与下研磨盘300表面发生相对运动，即晶圆片在游星轮治具200带动下会沿着下研磨盘300的圆心进行公转，沿着游星轮治具200的中心进行自转，从而能使晶圆片下表面上的各点具有相同或相近的研磨行程，从而保证了研磨过程中晶圆片表面的运动均匀性。

具体研磨时，电机驱动中心齿正转或反转，以使游星轮治具200带动晶圆片沿正反两个方向自转和公转，避免出现运动轨迹的周期性重复，从而保证晶圆片的下表面均得到均匀磨损，进而提高晶圆片表面的平面度。

接着，在陶瓷盘100背面的中间位置采用AB胶水粘接一块不锈钢圆形配重块400，该配重块400的高度为65mm、直径为150mm，之后开启双面研磨机对晶圆片被标记的一面重复进行多次分段加速研磨。

需要理解的是，为了适应晶不同晶圆片的大小以提供对应的研磨压力，需要根据加工的晶圆片的大小计算单位研磨压力，当然大尺寸的晶圆片粘接的配重块400应相应增加重量。

需要说明的是，在本步骤中，如果一开始就以正常加工所用的高转速研磨晶圆片，因晶圆片在短时间内受到的作用力变化较大，容易导致晶圆片破裂而损坏，因此在单面研磨操作中，双面研磨机需要逐步提高转速，以使晶圆片与游星轮治具200逐步配合。

此外，在每次研磨完成后，先取下配重块400，再从游星轮治具200上取下陶瓷盘100使晶圆片被研磨的一面向上，此时使用千分表测量晶圆片在陶瓷盘100表面的高度，当晶圆片厚度减小至385μm±5μm就停止研磨。

最后一次研磨完成后，先取下配重块400，再从游星轮治具200上取下陶瓷盘100使晶圆片被研磨的一面向上，同时将陶瓷盘100放置在恒温加热平台上进行加热使液态蜡融化，从而使陶瓷盘100与晶圆片相互脱离。优选的，设定温度95℃，烘烤5分钟。之后使用耐高温板材制成的取片铲，将晶圆片从陶瓷盘100上取下，插入耐酸碱片盒中。

在本发明的一些实施例中，步骤S440：开启双面研磨机对该面进行多次分段加速研磨直至所述晶圆片的厚度处于第二预设范围内的具体实现过程如下：

首先，将每一次研磨过程划分为5个研磨段，在每一研磨段中双面研磨机的转速大于前一段，并且每一研磨段均有各自对应的加工时间。

可以理解的是，研磨段数量仅是为便于解释本步骤的，不应理解为是对本步骤中研磨段数量的唯一限定。

本实施例中，双面研磨机不使用上研磨盘，而是将配重块400下压在陶瓷盘100的背面以提供一定的研磨压力，进而使晶圆片被线网切割的一面与双面研磨机的研磨盘表面之间紧紧贴合。双面研磨机工作时，采用研磨浆料循环对晶圆片进行研磨，即研磨浆料循环进入上研磨盘上，直到其研磨性能下降到不能使用为止。

具体工况为：每次研磨时研磨浆料的流量均设置为200±5毫升/分钟，第1次研磨的其他研磨参数设置见表1。

表1

由表1可以看出，在进行第一次单面研磨时，下研磨盘300转速、环齿转速以及中心齿轮500转速是逐次增加的，第一至第四研磨段的加工时间设定为预设值，由于采用研磨浆料循环的方式，随着研磨过程的推进，研磨浆料的去除能力会逐渐下降，因此第五段的加工时间一般根据以往的加工数据设定为预估值，具体到本实施中设定为30分钟。第一次研磨完成后，先取下配重块400，再从游星轮治具200上取下陶瓷盘100使晶圆片被研磨的一面向上，使用千分表测量晶圆片在陶瓷盘100表面的高度，并记录此时的厚度值，即为晶圆片研磨后的厚度值B，将去除的厚度值(B-A)/(1+0.5+0.5+1.5+30)分钟，即可得第一次研磨的研磨速率，之后根据目标厚度385um和第一次研磨的研磨速率，设定第2次研磨的加工时间。具体工况为：每次研磨时研磨浆料的流量均设置为200毫升/分钟，第2次研磨的其他研磨参数设置见表2。

表2

由表2可以看出，每2次单面研磨时，下研磨盘300转速、环齿转速以及中心齿轮500转速是逐次增加的，第一至第四研磨段的加工时间设定为预设值，

第五研磨段的加工时间根据目标厚度385um和第一次单面研磨的研磨速率而设定。由于采用研磨浆料循环的方式，随着研磨的推进，研磨浆料的去除能力会逐渐下降，因此一般第二次研磨后晶圆片的厚度还不在385μm±5μm范围内，因此接下来还需要重复进行研磨直至晶圆片的厚度处于385μm±5μm范围内。其中，每次研磨的研磨浆料的流量不变，每一次研磨的第一至第四研磨段的加工时间不变，每一次研磨的第一至第五研磨段的下研磨盘300转速、环齿转速以及中心齿轮500转速不变，第五段的加工时间根据目标厚度385um和前一次研磨的研磨速率而设定。

具体地，在本实施例中，所用研磨浆料包括粒径为240#的碳化硼粉末、纯水、悬浮液，三者按照碳化硼粉末15Kg：纯水30L：悬浮剂1.5Kg的优选比例配置，之后搅拌30分钟以上，导入研磨浆料桶中。其中，悬浮剂是一种常用的添加剂。它能够使固体颗粒在液体中均匀分散，形成悬浮液，其主要成分通常包括以下几种。1.粘稠剂：粘稠剂是悬浮剂的主要组成部分之一，它能够增加液体的黏性，使颗粒在液体中悬浮并防止沉淀，例如羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钙等。2.分散剂：分散剂是悬浮剂的关键成分之一，它能够分散颗粒，防止其聚集并形成沉淀，例如聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素等。3.稳定剂：稳定剂是悬浮剂中的重要成分，它能够防止颗粒的沉淀和分层，稳定剂还可以通过改变颗粒的电荷、形成表面膜等方式来达到稳定悬浮液的作用，例如明胶、碳酸钙、黄原胶等。4.PH调节剂：PH调节剂可以改变悬浮液的酸碱性，使其适合颗粒的悬浮，例如氢氧化钠、磷酸盐等。除了以上主要成分外，悬浮剂还可以包含其他辅助成分，如防腐剂、抗氧化剂、甜味剂等，这些辅助成分的添加可以根据具体需求进行调整。综上，这些成分通过不同的作用机制，能够使固体颗粒均匀分散在液体中，形成悬浮液，并保持其稳定性。

在本发明的一些实施例中，步骤S500：对晶圆片的双面进行研磨，直至晶圆片的厚度处于第三预设范围内的具体实现过程如下：

S510、首先，从经单面研磨后的晶圆片中挑选出6片以组成一组，之后将这一组6片晶圆片放置到6英寸的游星轮孔内，记录当前晶圆片的厚度值C。

S520、接着，将双面研磨机的上研磨盘平压在晶圆片朝上的一面；

S530、最后，开启双面研磨机对晶圆片的双面进行多次分段加速加压研磨使晶圆片的厚度处于355μm±3μm范围内。需要说明的是，在本步骤中，如果一开始就以正常加工所用的高转速和高压力研磨晶圆片，因晶圆片在短时间内受到的作用力变化较大，容易导致晶圆片破裂而损坏，因此在双面研磨操作中，双面研磨机需要逐步提高转速和逐渐提高上研磨盘的压力，以使晶圆片与游星轮治具200逐步配合。此外，在每次研磨完成后，先移开上研磨盘，再使用千分表测量晶圆片的厚度，当晶圆片厚度处于355μm±3μm范围内时停止研磨。

具体地，步骤S530：开启双面研磨机对晶圆片的双面重复进行多次分段加速加压研磨使晶圆片的厚度处于355μm±3μm范围内的具体实现过程如下：

首先，将每一次研磨过程划分为5个研磨段，在每一研磨段中双面研磨机的转速大于前一段，并且每一段均有各自对应的加工时间。可以理解的是，研磨段的数量仅是为便于解释本步骤的，不应理解为是对本步骤中研磨段数量的唯一限定。

本实施例中，双面研磨机使用上研磨盘以提供一定的研磨压力。双面研磨机工作时，采用研磨浆料直排的方式对晶圆片的双面进行研磨，即研磨浆料经晶圆片研磨一次就直接会排掉，然后重新上未使用的的研磨浆料。具体工况为：每次研磨时研磨浆料的流量均设置为55±5毫升/分钟，第1次研磨的其他研磨参数设置见表3。

表3

由表3可以看出，在进行第一次双面研磨时，上研磨盘转、下研磨盘300转速、环齿转速以及中心齿轮500转速是逐次增加的，第一至第四研磨段的加工时间设定为预设值，第五段的加工时间一般根据经验设定为预估值，防止过磨导致晶圆片偏薄，具体到本实施中设定为10分钟。第一次双面研磨完成后，移开上研磨盘，再使用千分表测量晶圆片的厚度，并记录此时的厚度值，即为晶圆片第一次双面研磨后的厚度值D，将去除的厚度值(D-C)/(1+0.5+0.5+0.5+10)分钟，即可得第一次双面研磨的研磨速率。

接着，根据目标厚度355um和第一次双面研磨的研磨速率，设定第2次双面研磨的加工时间。其中，双面研磨机从前一段转速提高到后一段转速所经历的时间，具体工况为：每次双面研磨时研磨浆料的流量均设置为55±5毫升/分钟，第2次双面研磨的其他研磨参数设置见表4。

表4

由表4可以看出，在进行第二次双面研磨时，上研磨盘转、下研磨盘300转速、环齿转速以及中心齿轮500转速是逐次增加的，第一至第四研磨段的加工时间设定为预设值，第五段的加工时间根据目标厚度355um和第一次双面研磨的研磨速率而设定。其中两次双面研磨中的第一至第四研磨段的加工时间和下研磨盘300转速、环齿转速以及中心齿轮500转速不变，研磨浆料的流量不变，第五段的加工时间根据目标厚度355um和第一次双面研磨的研磨速率而设定。

最后，双面研磨后取出晶圆片，插入耐酸碱片盒中进行储存。

具体地，在本实施例中，所用研磨浆料包括粒径为W14的碳化硼粉末、纯水、悬浮剂，三者按照碳化硼粉末15Kg：纯水30L：悬浮剂1.5Kg的优选比例配置，之后搅拌30分钟以上，导入研磨浆料桶中。

本实施例中的研磨浆液通过使用粒径更小的碳化硼，可以实现分级研磨，即使用更小粒径的研磨粉可以使晶圆片表面的损伤层更浅，同时进一步减少了研磨的去除量，提高了碳化硅晶圆片的成品率。

在一些实施例中，在步骤S100之前还包括将碳化硅晶棒的头尾片依次进行清洗、干燥处理，以得到洁净的晶圆片。

具体地，首先将碳化硅晶棒头尾部产生的晶圆片进行清洗，以去除晶圆片上的杂质，由于清洗后会在晶圆片上留下水渍，故晶圆片清洗后必须马上进行干燥以免水渍污染晶圆片。

具体实现过程如下：

将晶圆片放入三槽清洗机中盛装清洗液的第一槽中进行超声波抛动清洗，同时第一槽内的滤芯循环过滤清洗液。

优选的，本实例中的清洗液按照碱液1L：16M纯水12L的比例配置，清洗时将清洗液加热至65℃，超声波频率设定为40KHz，抛动方式为上下抛动，抛动距离为150-300mm，抛动次数为10-20次/分钟，清洗时间为10分钟；

接着，将晶圆片放入三槽清洗机中的第二槽中进行超声波纯水漂洗，优选的，将纯水加热至65℃，超声波频率为40KHz，清洗时间为10分钟；

最后，将晶圆片放入三槽清洗机中的第三槽中进行两次快排冲洗处理，优选的，单次冲洗时间为2分钟，单次快速注入时间不大于20秒，单次快速排放时间不大于10秒。其中，一次冲洗快排处理流程示意如下：水满→放入工件→快排阀打开，快速排放→喷淋→快排阀关闭，同时底部注水将冲刷下来的颗粒带走。

在步骤S500之后和在步骤S600之前还包括：将研磨后的晶圆片依次进行清洗、干燥处理。

由于研磨晶圆片后，晶圆片上会残留诸如磨料、有机残留物以及金属沾污物和其它类型的特定杂质之类，故必须对晶圆片进行清洗。如果清洗工序达不到效果，则晶圆片表面就会被这些杂质沾污即污染。如果集成电路制造在被这些杂质污染了的晶圆片上，则这些集成电路的质量和性能可能被大幅度降低。在清洗后，为了防止晶圆片上留下水渍，必须进一步对晶圆片进行干燥处理。

具体实现过程包括：

将配置的清洗液倒入四槽清洗机中的第一槽和第二槽中。优选的，清洗液按照草酸2L：碱性去蜡清洗剂1.5L：纯水30L的比例配置。

将晶圆片放入第一槽中进行第一次超声波抛动清洗，优选的，清洗时将清洗液加热至85±5℃，超声波频率设定为40KHz，清洗时间为300秒，抛动时间为150秒，超声波清洗时间为100秒，循环溢流为20秒。

接着，将晶圆片放入第二槽中进行第二次超声波抛动清洗，优选的，将清洗液加热至75±5℃，超声波频率设定为40KHz，清洗时间为300秒，抛动时间为150秒，超声波清洗时间为100秒，循环溢流为40秒；

接着，将晶圆片放入第三槽中进行纯水漂洗，优选的，将纯水加热至60±5℃，清洗时间300s，循环溢流常开；

接着，将晶圆片放入第四槽中进行两次快排冲洗处理，优选的，单次冲洗时间为48秒，单次快排水为12秒；

最后，对清洗后的晶圆片进行旋转甩干，具体地，使用甩干机对晶圆片进行干燥，优选的，设定冲洗时间30秒，转速500rpm，设定吹净时间30秒，转速1500rpm，设定干燥时间210秒，转速1500rpm。

本实施例中使用可以重复利用溢流水的四槽清洗机，由于在晶圆片的加工过程中，晶圆片上存在污染杂质，这些污染杂质包括有机物和无机物，有的以原子状态或离子状态附着，有的以薄膜形式或颗粒形式存在于晶圆片表面，杂质的存在容易导致后续制程的器件失效，因此必须严格清洗以清除晶圆片上的污染杂质。此外，本实施例中所用清洗机的多个槽之间设置流转装置可实现循环溢流功能，从而在清洗时节约了水源浪。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，所述方法包括：

S100、获取晶圆片的厚度和第一外观图片；

S200、判断所述厚度是否小于第一预设厚度值，同时根据所述第一外观图片判断所述晶圆片的外观是否存在缺陷；

S300、若否，则标记所述晶圆片未被切割的一面；

S400、对所述晶圆片被标记的一面进行研磨，直至所述晶圆片的厚度处于第二预设范围内；

S500、对所述晶圆片的双面进行研磨，直至所述晶圆片的厚度处于第三预设范围内；

S600、获取所述晶圆片的表面质量参数和第二外观图片；

S700、判断所述表面质量参数是否不满足目标参数，同时根据所述第二外观图片判断所述晶圆片的外观是否存在缺陷；

S800、若否，则按预设工艺参数进行圆周倒角处理；

S900、对圆周倒角后的所述晶圆片进行双面抛光，直至所述晶圆片的厚度处于第四预设范围内；

S1000、根据预设要求，挑选合格的晶圆片。

2.根据权利要求1所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，步骤S400包括：

S410、以预定步长将所述晶圆片的厚度划分为不同的厚度范围；

S420、将属于同一厚度范围的所述晶圆片划分为包含相同数量的若干组，通过上蜡机将同一组的晶圆片未被标记的一面粘接在其中一个陶瓷盘正面上；

S430、将若干个陶瓷盘的正面倒放在游星轮治具上；

S440、开启双面研磨机对该面进行多次分段加速研磨直至所述晶圆片的厚度处于第二预设范围内；

S450、加热研磨后的所述晶圆片使其从陶瓷盘上脱落。

3.根据权利要求2所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，步骤S440包括：

S441、将每一次研磨划分为多个研磨段，双面研磨机根据预设的加工时间采用研磨浆料循环的方式对所述晶圆片进行第一次研磨，其中每一研磨段双面研磨机的转速大于前一段，并且每一研磨段均有各自对应的加工时间；

S442、双面研磨机采用研磨浆料循环的方式对所述晶圆片进行N次研磨直至研磨后测量的所述晶圆片厚度处于第二预设范围内，其中，第N次的研磨时间由第N-1次研磨的研磨速率确定，第N-1次研磨的研磨速率由第N-1次研磨前后所述晶圆片的厚度差与各研磨段研磨时间总和获取，N为≥2的正整数；

其中，所用研磨浆料包括粒径为240#的碳化硼粉末、纯水、悬浮剂，三者的质量比例为1～1.5：1.8～2.5：0.1～0.15。

4.根据权利要求1所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，步骤S500包括：

S510、将多个所述晶圆片均匀贴合在游星轮孔内；

S520、将双面研磨机的上研磨盘平压在所述晶圆片朝上的一面；

S530、开启所述双面研磨机以对所述晶圆片的双面进行多次分段加速加压研磨，直至所述晶圆片厚度处于第三预设范围内。

5.根据权利要求4所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，步骤S530包括：

S531、将每一次研磨划分为多个研磨段，双面研磨机采用研磨浆料直排的方式以预设的加工时间对所述晶圆片进行第一次研磨，其中每一研磨段所述双面研磨机的转速大于前一段，并且每一研磨段均有对应的加工时间；

S532、所述双面研磨机采用研磨浆料直排的方式对所述晶圆片进行第二次研磨，使研磨后测量的所述晶圆片厚度处于第三预设范围内，其中，第二次的研磨时间由第一次研磨的研磨速率确定，第一次研磨的研磨速率由第一次研磨前后所述晶圆片的厚度差与各研磨段研磨时间总和获取；

其中，所用研磨浆料包括粒径为W14的碳化硼粉末、纯水、悬浮剂，三者的质量比例为1～1.5：1.8～2.5：0.1～0.15。

6.根据权利要求1至5任一项所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，在步骤S100之前还包括：

将碳化硅晶棒的头尾片依次进行清洗、干燥处理，得到洁净的所述晶圆片。

7.根据权利要求6所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，所述将碳化硅晶棒的头尾片依次进行清洗、干燥处理，得到洁净的所述晶圆片具体包括：

将所述晶圆片放入三槽清洗机中盛装清洗液的第一槽中进行超声波抛动清洗，同时所述第一槽内的滤芯循环过滤清洗液，其中，清洗液包括碱液、纯水，两者的质量比例为1：10～15，清洗液温度为60～65℃，超声波频率为28～40KHz，抛动方式为上下抛动，抛动距离为150～300mm，抛动次数为10～20次/分钟，清洗时间为8～12分钟；

将所述晶圆片放入三槽清洗机中的第二槽中进行超声波纯水漂洗，其中纯水温度为60～65℃，超声波频率为28～40KHz，清洗时间为8～12分钟；

将所述晶圆片放入三槽清洗机中的第三槽中进行两次快排冲洗处理，其中单次冲洗时间为2～5分钟，单次快速注入时间不大于20秒，单次快速排放时间不大于10秒。

8.根据权利要求1至5任一项所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，在步骤S500之后和在步骤S600之前还包括：

将研磨后的所述晶圆片依次进行清洗、干燥处理。

9.根据权利要求8所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，所述将研磨后的所述晶圆片依次进行清洗、干燥处理具体包括：

将配置的清洗液倒入四槽清洗机中的第一槽和第二槽中，其中清洗液包括草酸、碱性去蜡清洗剂、纯水，三者的质量比例为2：1：15～25；

将所述晶圆片放入所述第一槽中进行第一次超声波抛动清洗，其中清洗液温度为85±5℃，超声波频率为28～40KHz，清洗时间为180～360秒，抛动时间为90～180秒，超声波清洗时间为90～180秒，循环溢流为15～25秒；

将所述晶圆片放入所述第二槽中进行第二次超声波抛动清洗，其中清洗液温度75±5℃，超声波频率为28～40KHz，清洗时间为180～360秒，抛动时间为90～180秒，超声波清洗时间为90～180秒，循环溢流为25～40秒；

将所述晶圆片放入第三槽中进行纯水漂洗，其中水温为60±5℃，清洗时间180～360s，循环溢流常开；

将所述晶圆片放入第四槽中进行两次快排冲洗处理，其中单次冲洗时间为30～48秒，单次快排水10～15秒；

对清洗后的所述晶圆片进行旋转甩干，其中冲洗20～40秒，转速420～600rpm，吹净20～30秒，转速1200～1800rpm，干燥180～210秒，转速1200～1800rpm。

10.根据权利要求1至5任一项所述的利用碳化硅晶棒的头尾片制备衬底的方法，其特征在于，步骤S800包括：

使用粒度为500目的碳化硅砂轮对所述晶圆片的边缘进行倒角处理，其中直径加工速度为2～3mm/秒，平边加工速度为0.8～1.5mm/秒。