CN117594457A - 一种氮化镓晶圆及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及晶圆研磨领域，特别是涉及一种氮化镓晶圆及其生产方法，通过在晶圆硅基体上依次设置缓冲层及氮化镓层；在所述氮化镓层表面设置键合金属层；去除晶圆边缘区的氮化镓层，得到晶圆前驱体；在所述晶圆前驱体的表面沉积保护层；研磨所述晶圆前驱体顶部的保护层，暴露所述键合金属层；对露出所述键合金属层的晶圆前驱体进行表面平坦化，得到氮化镓晶圆。本发明对工艺流程进行改善，先行去除了氮化镓边缘容易开裂的部分，再进一步沉积保护层，将氮化镓层暴露出来的侧壁进行覆盖，进一步降低了氮化镓层的侧壁在后续的平坦化过程中脱落的可能，避免了脱落的氮化镓颗粒刮伤晶圆，甚至残留在设备中后后续其他待平坦化的器件带来加工风险的问题。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆研磨领域，特别是涉及一种氮化镓晶圆及其生产方法。
背景技术
硅基氮化镓晶圆，由于氮化镓的应力，会在晶圆的边缘有产生边裂(细小的裂痕)；在氮化镓相关器件的制造中，会涉及到化学机械研磨，在化学机械研磨的过程中，经过研磨垫的不断摩擦，会导致氮化镓晶圆边缘的细小裂痕，发生开裂，产生颗粒，颗粒会被带到研磨垫和晶圆之间，颗粒在晶圆表面产生刮伤，还会粘污在研磨垫上，给后续其他工艺也带来刮伤风险。
因此，如何避免氮化镓晶圆生产过程中的表面刮擦，提升晶圆表面质量，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种氮化镓晶圆及其生产方法，以解决现有技术中氮化镓晶圆生产过程中的表面刮擦、键合界面质量差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种氮化镓晶圆的生产方法，包括：
在晶圆硅基体上依次设置缓冲层及氮化镓层；
在所述氮化镓层表面设置键合金属层；
去除晶圆边缘区的氮化镓层，得到晶圆前驱体；
在所述晶圆前驱体的表面沉积保护层；
研磨所述晶圆前驱体顶部的保护层，暴露所述键合金属层；
对露出所述键合金属层的晶圆前驱体进行表面平坦化，得到氮化镓晶圆。
可选地，在所述的氮化镓晶圆的生产方法中，所述去除晶圆边缘区的氮化镓层包括：
去除晶圆边缘区的氮化镓层及所述缓冲层。
可选地，在所述的氮化镓晶圆的生产方法中，所述晶圆边缘区的宽度的范围为2.5毫米至3毫米，包括端点值。
可选地，在所述的氮化镓晶圆的生产方法中，所述保护层为二氧化硅层。
可选地，在所述的氮化镓晶圆的生产方法中，所述去除晶圆边缘区的氮化镓层包括：
通过晶圆边缘修饰工艺去除晶圆边缘区的氮化镓层。
可选地，在所述的氮化镓晶圆的生产方法中，所述去除晶圆边缘区的氮化镓层包括：
通过晶圆边缘修饰工艺去除晶圆边缘区的氮化镓层，研磨深度为所述氮化镓层的厚度的1.1倍至1.3倍，包括端点值。
可选地，在所述的氮化镓晶圆的生产方法中，所述在所述氮化镓层表面设置键合金属层包括：
在所述氮化镓层表面通过金属溅射工艺设置键合金属层。
可选地，在所述的氮化镓晶圆的生产方法中，所述缓冲层为氮化镓缓冲层。
可选地，在所述的氮化镓晶圆的生产方法中，所述对露出所述键合金属层的晶圆前驱体进行表面平坦化包括：
对露出所述键合金属层的晶圆前驱体通过化学机械研磨进行表面平坦化。
一种氮化镓晶圆，所述氮化镓晶圆为通过如上述任一种所述的氮化镓晶圆的生产方法得到的晶圆。
本发明所提供的氮化镓晶圆的生产方法，通过在晶圆硅基体上依次设置缓冲层及氮化镓层；在所述氮化镓层表面设置键合金属层；去除晶圆边缘区的氮化镓层，得到晶圆前驱体；在所述晶圆前驱体的表面沉积保护层；研磨所述晶圆前驱体顶部的保护层，暴露所述键合金属层；对露出所述键合金属层的晶圆前驱体进行表面平坦化，得到氮化镓晶圆。
本发明对工艺流程进行改善，先行去除了氮化镓边缘容易开裂的部分，再进一步沉积保护层，将氮化镓层暴露出来的侧壁进行覆盖，进一步降低了氮化镓层的侧壁在后续的平坦化过程中脱落的可能，避免了脱落的氮化镓颗粒刮伤晶圆，甚至残留在设备中后后续其他待平坦化的器件带来加工风险的问题。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的氮化镓晶圆。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1为氮化镓晶圆的边缘开裂结构示意图；
图2为本发明提供的氮化镓晶圆的生产方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图3至图6为本发明提供的氮化镓晶圆的生产方法的一种具体实施方式的工艺流程的结构示意图。
图中，包括10-晶圆硅基体，20-缓冲层，30-氮化镓层，40-键合金属层，50-保护层。
具体实施方式
目前，在对氮化镓晶圆进行平坦化(一般为研磨)的过程中，氮化硅晶圆的边缘有边裂的位置由于没有金属覆盖，同时研磨垫反复将其摩擦，会发生开裂，产生颗粒，颗粒会被带到研磨垫和晶圆之间，颗粒在晶圆表面产生刮伤，还会粘污在研磨垫上，给后续其他工艺也带来刮伤的风险，晶圆边裂的结构示意图如图1所示，图1右侧的图像为图1左侧图像圈中部分的放大图。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种氮化镓晶圆的生产方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图2所示，称其为具体实施方式一，包括：
S101：在晶圆硅基体10上依次设置缓冲层20及氮化镓层30。
其中，所述缓冲层20为氮化镓缓冲层20。换言之，所述缓冲层20为氮化镓材料的层，所述缓冲层20的作用一方面用于作为过渡层，避免所述氮化镓层30直接设置在晶格差异较大的的晶圆硅基体10上导致界面应力过大，使表面性能下降，同时，所述氮化硅层设置于所述缓冲层20上，所述缓冲层20决定了所述氮化硅层的晶向，本优选实施方式中将所述缓冲层20直接也设置为氮化镓材料，最大程度上缓解了所述氮化镓层30与所述缓冲层20之间的晶格失配，大大提升了表面性能，减少了缺陷，同时也提升了晶向生长的可靠性。
S102：在所述氮化镓层30表面设置键合金属层40。
本步骤中具体包括：
在所述氮化镓层30表面通过金属溅射工艺设置键合金属层40。
也即本步骤中的键合金属层40可通过金属溅射工艺设置，金属溅射工艺对应的设备成本较低，且表面均匀性较好，降低后续的平坦化成本，提升平坦化效率。完成本步骤后的结构体的结构示意图如图3所示。
S103：去除晶圆边缘区的氮化镓层30，得到晶圆前驱体。
作为一种优选实施方式，所述去除晶圆边缘区的氮化镓层30包括：
去除晶圆边缘区的氮化镓层30及所述缓冲层20。
在本优选实施方式中，不仅去除所述氮化镓层30，同样完全去除所述缓冲层20，所述缓冲层20为了匹配所述氮化镓的晶格，性质通常也比较近似，因此所述缓冲层20同样有在后续的研磨步骤中碎裂的可能性，因此在本步骤中直接将所述晶圆边缘区对应的氮化镓层30及缓冲层20全部去除，暴露出下方的晶圆硅基体10，硅基体不会在研磨过程中碎裂并产生硬质颗粒，可以进一步提升晶圆研磨的表面完整性。
所述晶圆边缘区为所述氮化镓晶圆上的环形区域，所述环形区域的宽度即为所述晶圆边缘区的宽度，所述晶圆边缘区的宽度的范围为2.5毫米至3毫米，包括端点值，如2.50毫米、2.91毫米或3.00毫米中的任一个。若去除的所述晶圆边缘区的氮化镓的宽度过宽，则会导致原本可用作晶圆本身的面积遭受损失，但如果所述晶圆边缘区的宽度过窄，则会导致出现碎裂的氮化镓区域没有被完全去除，依旧存在碎掉的颗粒划伤晶圆的问题，上述宽度范围未经过大量实际计算与理论验证后的最佳结果，当然，也可根据机台的实际情况选用其他范围，本发明在此不作限定。
再进一步地，所述去除晶圆边缘区的氮化镓层30包括：
通过晶圆边缘修饰工艺去除晶圆边缘区的氮化镓层30。
所述晶圆边缘修饰工艺即为用研磨轮对晶圆边缘的表面继续加工，磨掉对应区域的层，所述晶圆边缘修饰工艺去除所述氮化镓层30效率高，可控性更强，当然，也可根据实际情况选用其他类型的去除工艺，本发明在此不做限定。
且更进一步地，通过晶圆边缘修饰工艺去除晶圆边缘区的氮化镓层30，研磨深度为所述氮化镓层30的厚度的1.1倍至1.3倍，包括端点值，如1.10倍、1.22倍或1.30倍中的任一个，设定一定范围内的过刻深度，可以保证所述晶圆边缘区的氮化镓层30被完全去除，当然，也可以根据实际情况选用其他参数，本发明在此不作限定。
完成本步骤后的结构体的结构示意图如图4所示。
S104：在所述晶圆前驱体的表面沉积保护层50。
所述保护层50为后续对所述晶圆前驱体进行研磨及平坦化时，对所述氮化硅层的保护层50，避免所述氮化硅层在物理刮擦下碎裂产生大量硬质颗粒，影响晶圆表面完整性。
进一步地，所述保护层50为二氧化硅层。二氧化硅性质稳定，对所述二氧化硅层的后续研磨使用后的药剂对二氧化硅选择性优秀，不会在对所述二氧化硅层的研磨过程中破坏下方的键合金属层40，从而进一步保证得到的氮化镓晶圆的表面完整性，避免晶圆表面刮擦。当然，也可根据实际情况选用其他材料层作为所述保护层50，优选为介电材料层，本发明在此不做具体限定。
完成本步骤后的结构体的结构示意图如图5所示。
S105：研磨所述晶圆前驱体顶部的保护层50，暴露所述键合金属层40。
优选地，本步骤中的研磨为化学机械研磨，当然，也可根据实际情况选用其他类型的研磨技术，本发明在此不作限定。完成本步骤后的结构体的结构示意图如图6所示。
S106：对露出所述键合金属层40的晶圆前驱体进行表面平坦化，得到氮化镓晶圆。
作为一种优选实施方式，本步骤包括：
对露出所述键合金属层40的晶圆前驱体通过化学机械研磨进行表面平坦化。化学机械研磨法的原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术，在保证材料去除效率的同时，获得较完美的表面。当然，也可根据实际情况选用其他类型的平整化方案，本发明在此不做限定。完成本步骤后的结构体的结构示意图与图6差别不大，但实际上经过步骤S106平坦化后的晶圆表面的均匀性与平整度均大大超过图6所示的结构体，只是图6中的结构体上的凹凸尺度太小，图中难以分辨。
本发明所提供的氮化镓晶圆的生产方法，通过在晶圆硅基体10上依次设置缓冲层20及氮化镓层30；在所述氮化镓层30表面设置键合金属层40；去除晶圆边缘区的氮化镓层30，得到晶圆前驱体；在所述晶圆前驱体的表面沉积保护层50；研磨所述晶圆前驱体顶部的保护层50，暴露所述键合金属层40；对露出所述键合金属层40的晶圆前驱体进行表面平坦化，得到氮化镓晶圆。本发明对工艺流程进行改善，先行去除了氮化镓边缘容易开裂的部分，再进一步沉积保护层50，将氮化镓层30暴露出来的侧壁进行覆盖，进一步降低了氮化镓层30的侧壁在后续的平坦化过程中脱落的可能，避免了脱落的氮化镓颗粒刮伤晶圆，甚至残留在设备中后后续其他待平坦化的器件带来加工风险的问题。
本发明还提供了一种氮化镓晶圆，所述氮化镓晶圆为通过如上述任一种所述的氮化镓晶圆的生产方法得到的晶圆。本发明所提供的氮化镓晶圆的生产方法，通过在晶圆硅基体10上依次设置缓冲层20及氮化镓层30；在所述氮化镓层30表面设置键合金属层40；去除晶圆边缘区的氮化镓层30，得到晶圆前驱体；在所述晶圆前驱体的表面沉积保护层50；研磨所述晶圆前驱体顶部的保护层50，暴露所述键合金属层40；对露出所述键合金属层40的晶圆前驱体进行表面平坦化，得到氮化镓晶圆。本发明对工艺流程进行改善，先行去除了氮化镓边缘容易开裂的部分，再进一步沉积保护层50，将氮化镓层30暴露出来的侧壁进行覆盖，进一步降低了氮化镓层30的侧壁在后续的平坦化过程中脱落的可能，避免了脱落的氮化镓颗粒刮伤晶圆，甚至残留在设备中后后续其他待平坦化的器件带来加工风险的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的氮化镓晶圆及其生产方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，包括：
在晶圆硅基体上依次设置缓冲层及氮化镓层；
在所述氮化镓层表面设置键合金属层；
去除晶圆边缘区的氮化镓层，得到晶圆前驱体；
在所述晶圆前驱体的表面沉积保护层；
研磨所述晶圆前驱体顶部的保护层，暴露所述键合金属层；
对露出所述键合金属层的晶圆前驱体进行表面平坦化，得到氮化镓晶圆。
2.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，所述去除晶圆边缘区的氮化镓层包括：
去除晶圆边缘区的氮化镓层及所述缓冲层。
3.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，所述晶圆边缘区的宽度的范围为2.5毫米至3毫米，包括端点值。
4.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，所述保护层为二氧化硅层。
5.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，所述去除晶圆边缘区的氮化镓层包括：
通过晶圆边缘修饰工艺去除晶圆边缘区的氮化镓层。
6.如权利要求5所述的氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，所述去除晶圆边缘区的氮化镓层包括：
通过晶圆边缘修饰工艺去除晶圆边缘区的氮化镓层，研磨深度为所述氮化镓层的厚度的1.1倍至1.3倍，包括端点值。
7.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，所述在所述氮化镓层表面设置键合金属层包括：
在所述氮化镓层表面通过金属溅射工艺设置键合金属层。
8.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，所述缓冲层为氮化镓缓冲层。
9.如权利要求1所述的氮化镓晶圆的生产方法，其特征在于，所述对露出所述键合金属层的晶圆前驱体进行表面平坦化包括：
对露出所述键合金属层的晶圆前驱体通过化学机械研磨进行表面平坦化。
10.一种氮化镓晶圆，其特征在于，所述氮化镓晶圆为通过如权利要求1至9任一项所述的氮化镓晶圆的生产方法得到的晶圆。
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