CN117393422B - 一种制造碳化硅复合衬底的方法 - Google Patents
一种制造碳化硅复合衬底的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117393422B CN117393422B CN202311685913.7A CN202311685913A CN117393422B CN 117393422 B CN117393422 B CN 117393422B CN 202311685913 A CN202311685913 A CN 202311685913A CN 117393422 B CN117393422 B CN 117393422B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon carbide
- ion implantation
- damage layer
- carbide composite
- implantation damage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 162
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 161
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 90
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 86
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 21
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 76
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 38
- 239000003518 caustics Substances 0.000 claims description 30
- PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N sodium peroxide Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][O-] PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 23
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 20
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 15
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 21
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 helium ion Chemical class 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Abstract
本发明涉及一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法包括如下步骤:具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料键合,形成碳化硅复合结构;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀,热处理后得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体。离子注入损伤层的应力集中、应变能更大、其发生化学反应更加强烈,因此更容易发生化学腐蚀;本发明提供的方法能够实现因晶圆R型倒角或T型倒角而未键合的离子注入区域的完全腐蚀,最终所得碳化硅回收供体无需进行倒角或机械减薄,可再次作为供体材料进行使用。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域,涉及一种衬底的制造方法,尤其涉及一种制造碳化硅复合衬底的方法。
背景技术
碳化硅是一种宽禁带半导体材料,以碳化硅衬底制作的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射以及效率高等优势,在射频、新能源汽车等领域具有重要的应用价值。
碳化硅单晶衬底的常规制造方法包括如下步骤:利用物理气象传输法生长碳化硅单晶,得到碳化硅单晶的晶锭;加工晶锭的外周,得到所需要的直径和表面质量,再将晶锭切成薄片,将薄片研磨、抛光至所需的厚度和平整度,得到最终的碳化硅单晶衬底。但物理气相传输方法生长碳化硅单晶的效率很低,导致单一碳化硅单井的衬底制造成本很高。
另一种降低碳化硅衬底成本的方案为采用复合衬底结构:在支撑衬底上键合一高质量单晶碳化硅薄层;采用复合衬底结构的方案中,需要准备高质量碳化硅衬底,即将高质量碳化硅衬底上的薄层不断转移到支撑衬底的表面,再通过化学机械抛光等得到最终的碳化硅复合衬底。
但晶圆的边缘轮廓为R型或者T型倒角,所以边缘会出现1-2mm未键合区域,高质量SiC回收时边缘未转移部分需要额外进行倒角或机械减薄处理,这就导致了该方案的效率低下、加工困难。
因此,需要提供一种能够节省倒角与减薄制程,且在边缘无残留未键合区,具有较高回收效率的制造碳化硅复合衬底的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法能够实现因晶圆R型倒角或T型倒角而未键合的离子注入区域的完全腐蚀,最终所得碳化硅回收供体无需进行倒角或机械减薄,可再次作为供体材料进行使用,提高了回收效率。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法包括如下步骤:
具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料键合,形成碳化硅复合结构;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀,热处理后得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体。
离子注入过程中,高速离子或原子持续轰击碳化硅晶圆,在碳化硅晶体的内部发生密集原子碰撞,发生原子替位,碳化硅供体材料的内部晶格损伤畸变,同时产生损伤群簇以及位错。相对于正常的晶格,发生畸变的晶格位置的应力集中且应变能更大,发生的化学反应更加强烈,因此,离子注入损伤层更容易与腐蚀剂发生反应。
本发明采用化学腐蚀时,腐蚀剂对晶格完整区域的腐蚀速度慢,在离子注入损伤层对应区域的腐蚀速度快,因此形成了择优腐蚀;在进行化学腐蚀时,离子注入损伤层的腐蚀速度为正常区域的3倍至4倍。化学腐蚀的终点为直至碳化硅复合结构的边缘轮廓处,因R型倒角或T型倒角而未键合的离子注入损伤层被腐蚀完全。此时,未完全键合的离子注入损伤层对应区域的腐蚀去除量不超过3μm,其它区域的腐蚀去除量不超过1μm,而本领域碳化硅供体材料的厚度普遍在100μm以上,且半导体衬底材料的厚度普遍在350μm以上,因此,本发明提供的方法对于碳化硅供体材料以及半导体衬底材料的影响较小;热处理所得碳化硅回收供体在化学机械抛光后还能重复使用50次以上。
优选地,所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾。
优选地,所述氢氧化钾与过氧化钠的质量比为30:1至100:1;
所述混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为0.5wt%至5wt%。
优选地,所述化学腐蚀的温度为360℃至500℃。
优选地,所述碳化硅供体材料的离子注入损伤层的深度为0.2μm至2μm。
优选地,所述键合为室温活化键合;所述键合的强度≥1.5J/m2。
优选地,所述热处理的温度为1000℃至1200℃;
所述热处理的时间为40min至50min。
优选地,所述键合前,对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料进行RCA清洗。
优选地,所述键合前,对半导体衬底材料进行RCA清洗。
作为本发明所述方法的优选技术方案,所述方法包括如下步骤:
(1)分别对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料以及半导体衬底材料进行RCA清洗;
所述碳化硅供体材料的离子注入损伤层的深度为0.2μm至2μm;
(2)对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料进行室温活化键合,形成碳化硅复合结构,所述键合的强度≥1.5J/m2;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀;
所述化学腐蚀的温度为360℃至500℃;
所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾,氢氧化钾与过氧化钠的质量比为30:1至100:1,混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为0.5wt%至5wt%;
(3)1000℃至1200℃热处理40min至50min,碳化硅复合结构沿离子注入损伤层分离,得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的方法能够实现因晶圆R型倒角或T型倒角而未键合的离子注入区域的完全腐蚀,最终所得碳化硅回收供体无需进行倒角或机械减薄,可再次作为供体材料进行使用。
附图说明
图1至图4为实施例1提供的方法的工艺示意图;
图5至图7为对比例1提供的方法的工艺示意图;
其中:1,半导体衬底材料;2,碳化硅供体材料;3,离子注入损伤层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本发明的某个实施例提供了一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法包括如下步骤:
具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料键合,形成碳化硅复合结构;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀,热处理后得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体。
离子注入过程中,高速离子或原子持续轰击碳化硅晶圆,在碳化硅晶体的内部发生密集原子碰撞,发生原子替位,碳化硅供体材料的内部晶格损伤畸变,同时产生损伤群簇以及位错。相对于正常的晶格,发生畸变的晶格位置的应力集中且应变能更大,发生的化学反应更加强烈,因此,离子注入损伤层更容易与腐蚀剂发生反应。
本发明采用化学腐蚀时,腐蚀剂对晶格完整区域的腐蚀速度慢,在离子注入损伤层对应区域的腐蚀速度快,因此形成了择优腐蚀;在进行化学腐蚀时,离子注入损伤层的腐蚀速度为正常区域的3倍至4倍。化学腐蚀的终点为直至碳化硅复合结构的边缘轮廓处,因R型倒角或T型倒角而未键合的离子注入损伤层被腐蚀完全。此时,未完全键合的离子注入损伤层对应区域的腐蚀去除量不超过3μm,其它区域的腐蚀去除量不超过1μm,而本领域碳化硅供体材料的厚度普遍在100μm以上,且半导体衬底材料的厚度普遍在350μm以上,因此,本发明提供的方法对于碳化硅供体材料以及半导体衬底材料的影响较小;热处理所得碳化硅回收供体在化学机械抛光后还能重复使用50次以上。
在某些实施例中,所述具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料的厚度为100μm以上,例如可以是100μm、200μm、300μm、400μm或500μm,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在某些实施例中,所述半导体衬底材料的厚度为350μm至1000μm,例如可以是350μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在某些实施例中,所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾。
本发明提供的腐蚀剂的组成包括KOH、Na2O2以及K2CO3,其中:
KOH在对应腐蚀温度下,会与碳化硅在材料表面形成氧化层,再融于KOH:
SiC + 2KOH + 2O2 → K2CO3 + SiO2 + H2O
2KOH + SiO2 → K2SiO3 + H2O
K2CO3 + SiO2 → K2SiO3 + CO2;
Na2O2则能够提供适量氧气:
2Na2O2 → 2Na2O + O2
2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2
2Na2O2 + 2H2O → 4NaOH + O2
Na2O2的分解过程伴随放热,而且Na2O2也是一种非常强效的氧化剂,因此,本发明中采用适量Na2O2提供氧气即可,避免过量的过氧化钠剧烈反应导致的危险。
K2CO3的使用则能够减少KOH吸收CO2引起的碳酸盐浓度变化,减少了腐蚀速率的变化,能够起到稳定腐蚀速率的作用。
此外,通过适量Na2O2以及碳酸钾的添加还能够降低化学腐蚀的温度,使腐蚀速率可控。
在某些实施例中,所述氢氧化钾与过氧化钠的质量比为30:1至100:1,例如可以是30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或100:1,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为0.5wt%至5wt%,例如可以是0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%或5wt%,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在某些实施例中,所述化学腐蚀的温度为360℃至500℃,例如可以是360℃、400℃、420℃、450℃、480℃或500℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在本发明提供的混合腐蚀剂组成以及化学腐蚀条件下,离子注入损伤层的腐蚀速度为正常区域的3倍至4倍,例如可以是3倍、3.2倍、3.5倍、3.6倍、3.8倍或4倍,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。在此条件下,能够使未完全键合的离子注入损伤层对应区域的腐蚀去除量不超过3μm,其它区域的腐蚀去除量不超过1μm。
在某些实施例中,所述碳化硅供体材料的离子注入损伤层的深度为0.2μm至2μm,例如可以是0.2μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm或2μm,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
示例性的,形成所述离子注入损伤层采用的离子包括H离子和/或He离子,本发明在此不做具体限定,只要能够形成工艺要求厚度的离子注入损伤层即可。
在某些实施例中,形成所述离子注入损伤层的离子注入量为1E16 ions/cm2至1E18 ions/cm2,例如可以是1E16 ions/cm2、5E16 ions/cm2、1E17 ions/cm2、5E17 ions/cm2或1E18 ions/cm2,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在某些实施例中,所述键合为室温活化键合;所述键合的强度≥1.5J/m2。
示例性的,所述室温的温度范围为15℃至30℃,例如可以是15℃、16℃、18℃、20℃、21℃、24℃、25℃、28℃或30℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用;本发明不对室温的具体温度进行限定,只要键合在室温的温度范围内进行即可。
示例性的,所述活化包括但不限于采用Ar离子轰击表面进行活化。
本发明不对键合的具体参数做进一步限定,只要能够使键合的强度≥1.5J/m2即可,例如可以是1.5J/m2、1.6J/m2、1.8J/m2、2J/m2或2.5J/m2,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在某些实施例中,所述热处理的温度为1000℃至1200℃,例如可以是1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用;
所述热处理的时间为40min至50min,例如可以是40min、42min、45min、48min或50min,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明通过热处理,使碳化硅复合结构沿着离子注入损伤层分离,从而得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体。
在某些实施例中,所述键合前,对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料进行RCA清洗。
所述RCA清洗为本领域标准的RCA清洗,本发明通过RCA清洗使表面的0.3μm颗粒<30ea。
在某些实施例中,所述键合前,对半导体衬底材料进行RCA清洗。
所述RCA清洗为本领域标准的RCA清洗,本发明通过RCA清洗使表面的0.3μm颗粒<30ea。
作为本发明所述方法的优选技术方案,所述方法包括如下步骤:
(1)分别对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料以及半导体衬底材料进行RCA清洗;
所述碳化硅供体材料的离子注入损伤层的深度为0.2μm至2μm;
(2)对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料进行室温活化键合,形成碳化硅复合结构,所述键合的强度≥1.5J/cm2;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀;
所述化学腐蚀的温度为360℃至500℃;
所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾,氢氧化钾与过氧化钠的质量比为30:1至100:1,混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为0.5wt%至5wt%;
(3)1000℃至1200℃热处理40min至50min,碳化硅复合结构沿离子注入损伤层分离,得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体。
实施例1
本实施例提供了一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)分别对具有离子注入损伤层3的碳化硅供体材料2以及半导体衬底材料1进行RCA清洗,使清洗后的表面0.3μm颗粒<30ea;
所述具有离子注入损伤层3的碳化硅供体材料2的厚度为100μm;
所述半导体衬底材料1的厚度为350μm;
所述碳化硅供体材料2的离子注入损伤层3的深度为1μm;
形成所述离子注入损伤层3采用的离子为氢离子,注入量为1E17 ions/cm2;
(2)对具有离子注入损伤层3的碳化硅供体材料2与半导体衬底材料1进行室温活化键合,形成碳化硅复合结构,所述键合的强度为1.5J/m2(参见图1与图2);然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀(参见图3);
所述化学腐蚀的温度为420℃;
所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂对碳化硅复合结构整体进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾,氢氧化钾与过氧化钠的质量比为60:1,混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为3wt%;
化学腐蚀60s使碳化硅复合结构腐蚀掉1.5μm,实现了边缘未键合的离子注入区的去除,该腐蚀厚度对于碳化硅供体材料2以及半导体衬底材料1而言,无影响;
(3)1100℃热处理45min,碳化硅复合结构沿离子注入损伤层3分离,得到碳化硅复合衬底(参见图4)与碳化硅回收供体;
所得碳化硅复合衬底的表面进行常规化学机械抛光后得到产品,表面粗糙度小于0.2nm,且表面缺陷小于50个;碳化硅回收供体的边缘未键合的离子注入残留去被去除,经过常规的化学机械抛光后可再次投入使用。
实施例2
本实施例提供了一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)分别对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料以及半导体衬底材料进行RCA清洗,使清洗后的表面0.3μm颗粒<30ea;
所述具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料的厚度为100μm;
所述半导体衬底材料的厚度为350μm;
所述碳化硅供体材料的离子注入损伤层的深度为0.2μm;
形成所述离子注入损伤层采用的离子为氦离子,注入量为1E16 ions/cm2;
(2)对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料进行室温活化键合,形成碳化硅复合结构,所述键合的强度为1.5J/m2;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀;
所述化学腐蚀的温度为360℃;
所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂对碳化硅复合结构整体进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾,氢氧化钾与过氧化钠的质量比为30:1,混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为0.5wt%;
化学腐蚀15s使碳化硅复合结构腐蚀掉0.5μm,实现了边缘未键合的离子注入区的去除,该腐蚀厚度对于碳化硅供体材料以及半导体衬底材料而言,无影响;
(3)1000℃热处理50min,碳化硅复合结构沿离子注入损伤层分离,得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体;
所得碳化硅复合衬底的表面进行常规化学机械抛光后得到产品,表面粗糙度小于0.2nm,且表面缺陷小于50个;碳化硅回收供体的边缘未键合的离子注入残留去被去除,经过常规的化学机械抛光后可再次投入使用。
实施例3
本实施例提供了一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)分别对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料以及半导体衬底材料进行RCA清洗,使清洗后的表面0.3μm颗粒<30ea;
所述具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料的厚度为100μm;
所述半导体衬底材料的厚度为350μm;
所述碳化硅供体材料的离子注入损伤层的深度为2μm;
形成所述离子注入损伤层采用的离子为氢离子,注入量为1E18 ions/cm2;
(2)对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料进行室温活化键合,形成碳化硅复合结构,所述键合的强度为1.5J/m2;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀;
所述化学腐蚀的温度为500℃;
所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂对碳化硅复合结构整体进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾,氢氧化钾与过氧化钠的质量比为100:1,混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为5wt%;
化学腐蚀80s使碳化硅复合结构腐蚀掉3μm,实现了边缘未键合的离子注入区的去除,该腐蚀厚度对于碳化硅供体材料以及半导体衬底材料而言,无影响;
(3)1200℃热处理40min,碳化硅复合结构沿离子注入损伤层分离,得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体;
所得碳化硅复合衬底的表面进行常规化学机械抛光后得到产品,表面粗糙度小于0.2nm,且表面缺陷小于50个;碳化硅回收供体的边缘未键合的离子注入残留去被去除,经过常规的化学机械抛光后可再次投入使用。
实施例4
本实施例提供了一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法除了混合腐蚀剂中氢氧化钾与过氧化钠的质量比为20:1外,其余均与实施例1相同。
由于本实施例中过氧化钠的用量过多,且氢氧化钾的用量过少,无法实现对离子注入层的有效腐蚀;在420℃的条件下达到1.5μm腐蚀深度的时间长达10mins,腐蚀时间较长无法有效提高碳化硅复合衬底的制备效率。且过氧化钠用量过多危险性很高;
实施例5
本实施例提供了一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法除了混合腐蚀剂中氢氧化钾与过氧化钠的质量比为120:1外,其余均与实施例1相同。
由于本实施例中过氧化钠的用量过少,且氢氧化钾的用量过多,无法实现对离子注入层的有效腐蚀;在420℃的条件下达到1.5μm腐蚀深度的时间长达30mins,无法有效提高碳化硅复合衬底的制备效率。
对比例1
本对比提供了一种制造碳化硅复合衬底的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)分别对具有离子注入损伤层3的碳化硅供体材料2以及半导体衬底材料1进行RCA清洗,使清洗后的表面0.3μm颗粒<30ea;
所述具有离子注入损伤层3的碳化硅供体材料2的厚度为100μm;
所述半导体衬底材料1的厚度为350μm;
所述碳化硅供体材料2的离子注入损伤层3的深度为1μm;
形成所述离子注入损伤层3采用的离子为氢离子,注入量为1E17 ions/cm2;
(2)对具有离子注入损伤层3的碳化硅供体材料2与半导体衬底材料1进行室温活化键合,形成碳化硅复合结构,所述键合的强度为1.5J/m2(参见图5与图6);
(3)1100℃热处理45min,碳化硅复合结构沿离子注入损伤层3分离,得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体(参见图7);
所得碳化硅回收供体的边缘未键合的离子注入残留未被去除,需要经过倒角、减薄、化学机械抛光等操作去除边缘的残留层,需要去除约10μm的厚度才可进行回收使用,因此,本对比例提供的方法对碳化硅供体材料2的损耗较大,且生产效率较低。
综上所述,本发明采用化学腐蚀时,腐蚀剂对晶格完整区域的腐蚀速度慢,在离子注入损伤层对应区域的腐蚀速度快,因此形成了择优腐蚀。化学腐蚀的终点为直至碳化硅复合结构的边缘轮廓处,因R型倒角或T型倒角而未键合的离子注入损伤层被腐蚀完全。此时,未完全键合的离子注入损伤层对应区域的腐蚀去除量不超过3μm,其它区域的腐蚀去除量不超过1μm,而本领域碳化硅供体材料的厚度普遍在100μm以上,且半导体衬底材料的厚度普遍在350μm以上,因此,本发明提供的方法对于碳化硅供体材料以及半导体衬底材料的影响较小;热处理所得碳化硅回收供体在化学机械抛光后还能重复使用50次以上。
以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种制造碳化硅复合衬底的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料键合,形成碳化硅复合结构;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀,热处理后得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体;
化学腐蚀的终点为直至碳化硅复合结构的边缘轮廓处,因R型倒角或T型倒角而未键合的离子注入损伤层被腐蚀完全。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述氢氧化钾与过氧化钠的质量比为30:1至100:1;
所述混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为0.5wt%至5wt%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述化学腐蚀的温度为360℃至500℃。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述碳化硅供体材料的离子注入损伤层的深度为0.2μm至2μm。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述键合为室温活化键合;
所述键合的强度≥1.5J/m2。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热处理的温度为1000℃至1200℃;
所述热处理的时间为40min至50min。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述键合前,对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料进行RCA清洗。
9.根据权利要求1或8所述的方法,其特征在于,所述键合前,对半导体衬底材料进行RCA清洗。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)分别对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料以及半导体衬底材料进行RCA清洗;
所述碳化硅供体材料的离子注入损伤层的深度为0.2μm至2μm;
(2)对具有离子注入损伤层的碳化硅供体材料与半导体衬底材料进行室温活化键合,形成碳化硅复合结构,所述键合的强度≥1.5J/m2;然后对碳化硅复合结构进行化学腐蚀;
所述化学腐蚀的温度为360℃至500℃;
所述化学腐蚀为采用混合腐蚀剂进行腐蚀;
所述混合腐蚀剂的组成包括氢氧化钾、过氧化钠与碳酸钾,氢氧化钾与过氧化钠的质量比为30:1至100:1,混合腐蚀剂中碳酸钾的质量百分数为0.5wt%至5wt%;
(3)1000℃至1200℃热处理40min至50min,碳化硅复合结构沿离子注入损伤层分离,得到碳化硅复合衬底与碳化硅回收供体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311685913.7A CN117393422B (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种制造碳化硅复合衬底的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311685913.7A CN117393422B (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种制造碳化硅复合衬底的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117393422A CN117393422A (zh) | 2024-01-12 |
CN117393422B true CN117393422B (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=89472473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311685913.7A Active CN117393422B (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种制造碳化硅复合衬底的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117393422B (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1894795A (zh) * | 2003-04-02 | 2007-01-10 | 株式会社Sumco | 贴合半导体衬底及其制造方法 |
JP2014003320A (ja) * | 2013-08-22 | 2014-01-09 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 界面近傍における欠陥密度が低いsos基板 |
JP2016018890A (ja) * | 2014-07-08 | 2016-02-01 | イビデン株式会社 | SiCウェハの製造方法、SiC半導体の製造方法及び炭化珪素複合基板 |
CN115101584A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-23 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种复合碳化硅衬底及其制备方法 |
CN115679451A (zh) * | 2022-09-08 | 2023-02-03 | 中国科学技术大学 | 一种离子辅助化学刻蚀碳化硅的方法 |
CN115867106A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种复合压电衬底及其制备方法与应用 |
CN116705594A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-09-05 | 中国科学院微电子研究所 | 一种薄膜半导体与金刚石复合衬底及其制造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2246882B1 (en) * | 2009-04-29 | 2015-03-04 | Soitec | Method for transferring a layer from a donor substrate onto a handle substrate |
FR2953988B1 (fr) * | 2009-12-11 | 2012-02-10 | S O I Tec Silicon On Insulator Tech | Procede de detourage d'un substrat chanfreine. |
-
2023
- 2023-12-11 CN CN202311685913.7A patent/CN117393422B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1894795A (zh) * | 2003-04-02 | 2007-01-10 | 株式会社Sumco | 贴合半导体衬底及其制造方法 |
JP2014003320A (ja) * | 2013-08-22 | 2014-01-09 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 界面近傍における欠陥密度が低いsos基板 |
JP2016018890A (ja) * | 2014-07-08 | 2016-02-01 | イビデン株式会社 | SiCウェハの製造方法、SiC半導体の製造方法及び炭化珪素複合基板 |
CN115101584A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-23 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种复合碳化硅衬底及其制备方法 |
CN115679451A (zh) * | 2022-09-08 | 2023-02-03 | 中国科学技术大学 | 一种离子辅助化学刻蚀碳化硅的方法 |
CN115867106A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-03-28 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种复合压电衬底及其制备方法与应用 |
CN116705594A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-09-05 | 中国科学院微电子研究所 | 一种薄膜半导体与金刚石复合衬底及其制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117393422A (zh) | 2024-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5135935B2 (ja) | 貼り合わせウエーハの製造方法 | |
CN101490806B (zh) | 剥离晶片的再利用方法 | |
KR100327840B1 (ko) | Soi기판의 재생방법 및 재생기판 | |
US8361888B2 (en) | Method for manufacturing SOI wafer | |
JP4427472B2 (ja) | SiC単結晶基板の製造方法 | |
JP2008153545A (ja) | 歪Si基板の製造方法 | |
JP2012509581A (ja) | ヘテロ構造を作製するためのサファイア基板の表面の前処理 | |
JP5244650B2 (ja) | Soiウェーハの製造方法 | |
WO2014061337A1 (ja) | ナノカーボン膜の作製方法及びナノカーボン膜 | |
WO2008004591A1 (fr) | Procédé de production d'une tranche liée | |
KR20090081335A (ko) | 접합 웨이퍼의 제조 방법 | |
WO2006051730A1 (ja) | 半導体ウェーハの製造方法 | |
WO2016203677A1 (ja) | Soiウェーハの製造方法 | |
JP4654710B2 (ja) | 半導体ウェーハの製造方法 | |
WO2013129572A1 (ja) | 複合基板 | |
CN117393422B (zh) | 一种制造碳化硅复合衬底的方法 | |
JP5522175B2 (ja) | Soiウェーハの製造方法 | |
JP2010098167A (ja) | 貼り合わせウェーハの製造方法 | |
JPH06188163A (ja) | 半導体装置作製用SiC単結晶基板とその製造方法 | |
WO2017221563A1 (ja) | 貼り合わせsoiウェーハの製造方法 | |
WO2012081164A1 (ja) | 貼り合わせsoiウエーハの製造方法 | |
JP2008205062A (ja) | 半導体基板の製造方法および半導体基板 | |
WO2007007537A1 (ja) | ボンドウエーハの再生方法及びボンドウエーハ並びにssoiウエーハの製造方法 | |
WO2007049435A1 (ja) | 半導体ウエーハの製造方法及び半導体ウエーハの洗浄方法 | |
JP7251419B2 (ja) | 貼り合わせsoiウェーハの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |