TW202225507A

TW202225507A - 碳化矽晶片

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Publication number: TW202225507A
Application number: TW111110265A
Authority: TW
Inventors: 林欽山; 呂建興; 劉建成; 李依晴
Original assignee: 環球晶圓股份有限公司
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2022-07-01

Abstract

一種碳化矽晶片及其製造方法。碳化矽晶片包括碳面及矽面。碳面的晶向相異於矽面的晶向，碳面具有第一表面算術平均粗糙度，並且矽面具有第二表面算術平均粗糙度。碳面的第一表面算術平均粗糙度不大於0.3奈米，矽面的第二表面算術平均粗糙度不大於0.1奈米，並且碳面的第一表面算術平均粗糙度（Ra）與矽面的第二表面算術平均粗糙度（Ra）的比值不大於3。

Description

碳化矽晶片

本發明涉及一種半導體晶片及其製造方法，尤其涉及一種碳化矽晶片及其製造方法。

在現有的半導體晶片的製程中，碳化矽晶片的碳面的硬度與矽面的硬度之間具有較大的差異（碳面的硬度大於矽面的硬度）。一般碳化矽晶片在經過加工程序後（如：表面拋光製程），其碳面的表面特性及矽面的表面特性差異也會變大（如：碳面的表面粗糙度與矽面的表面粗糙度之間的差異會變大），使得碳化矽晶片的碳面及矽面兩個面的應力不一致，如此將不利於後續的磊晶製程與元件製作，例如：於磊晶製程中，碳化矽晶片容易因其兩個面的應力不一致、而導致晶片彎曲變形或者破裂的情況發生，從而降低碳化矽晶片的製造良率。

於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明實施例在於提供一種碳化矽晶片及其製造方法，能有效地改善先前技術中碳化矽晶片所存在的問題。

本發明實施例公開一種碳化矽晶片的製造方法，包括：提供一碳化矽晶片，所述碳化矽晶片具有一碳面及一矽面，並且所述矽面的晶向相異於所述碳面的晶向；以一拋光器在一第一拋光液中，對所述碳化矽晶片的所述碳面進行拋光，以使得所述碳化矽晶片的所述碳面具有一第一表面算術平均粗糙度（Ra）；以及以所述拋光器在一第二拋光液中，對所述碳化矽晶片的所述矽面進行拋光，以使得所述碳化矽晶片的所述矽面具有一第二表面算術平均粗糙度（Ra）；其中，所述碳面的所述第一表面算術平均粗糙度（Ra）不大於0.3奈米，並且所述碳面的所述第一表面算術平均粗糙度（Ra）與所述矽面的所述第二表面算術平均粗糙度（Ra）的比值不大於3。

優選地，所述矽面的所述第二表面算術平均粗糙度（Ra）不大於0.1奈米。

優選地，所述碳化矽晶片的所述碳面與所述矽面之間的距離定義為一厚度，並且所述厚度介於100微米至500微米之間。

優選地，所述厚度介於200微米至350微米之間。

優選地，所述第一拋光液的pH值不大於7，並且所述第二拋光液的pH值不小於7；其中，所述第一拋光液包含有一氧化劑，所述第二拋光液包含有一金屬鹽類。

優選地，所述拋光器包含有一拋光墊及固定於所述拋光墊的多個研磨顆粒，並且所述第一拋光液與所述第二拋光液內皆未包含任何研磨顆粒。

本發明實施例另公開一種碳化矽晶片，包括：一碳面，所述碳面具有一第一表面算術平均粗糙度（Ra）；以及一矽面，所述矽面具有一第二表面算術平均粗糙度（Ra），並且所述矽面的晶向相異於所述碳面的晶向；其中，所述碳面的所述第一表面算術平均粗糙度（Ra）不大於0.3奈米，並且所述碳面的所述第一表面算術平均粗糙度（Ra）與所述矽面的所述第二表面算術平均粗糙度（Ra）的比值不大於3。

優選地，所述碳化矽晶片為一單晶碳化矽基板。

綜上所述，本發明實施例所公開的碳化矽晶片及其製造方法，能通過對碳化矽晶片的碳面及矽面的表面算術平均粗糙度（Ra）的控制（如：碳面的第一表面算術平均粗糙度不大於0.3奈米、矽面的第二表面算術平均粗糙度不大於0.1奈米、及碳面的第一表面算術平均粗糙度與矽面的第二表面算術平均粗糙度的比值不大於3），而有效地改善碳化矽晶片的兩個面應力不一致的問題，從而有利於後續的磊晶製程與元件製作，並且有效地提升碳化矽晶片的製造良率。

為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

請參閱圖1至圖2，為本發明的實施例，需先說明的是，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。

[碳化矽晶片的製造方法]

如圖1及圖2，本實施例公開一種碳化矽晶片（silicon carbide wafer）的製造方法。所述碳化矽晶片的製造方法包含步驟S110、步驟S120、以及步驟S130。必須說明的是，本實施例所載之各步驟的順序與實際的操作方式可視需求而調整，並不限於本實施例所載。

步驟S110為提供一碳化矽晶片100。所述碳化矽晶片100具有一碳面1及一矽面2，並且所述矽面2的晶向相異於碳面1的晶向。再者，所述碳化矽晶片100的碳面1與矽面2之間的距離定義為一厚度T。其中，所述厚度T較佳是介於100微米（μm）至500微米（μm）之間，並且所述厚度T更佳是介於200微米（μm）至350微米（μm）之間。在本實施例中，所述碳化矽晶片100為適用於半導體元件中的單晶碳化矽基板，並且所述碳化矽晶片100的直徑D較佳為不小於3吋（inch），但本發明不受限於此。

步驟S120為對所述碳化矽晶片100的碳面1進行拋光，以使得所述碳化矽晶片100的碳面1具有一第一表面算術平均粗糙度（Ra）。更具體地說，步驟S120是以一拋光器在一第一拋光液中（圖未繪示），對所述碳化矽晶片100的碳面1進行拋光，以使得所述碳化矽晶片100的碳面1具有所述第一表面算術平均粗糙度（Ra）。其中，所述碳面1的第一表面算術平均粗糙度（Ra）較佳為不大於0.3奈米（nm）。

步驟S130為對所述碳化矽晶片100的矽面2進行拋光，以使得所述碳化矽晶片100的矽面2具有一第二表面算術平均粗糙度（Ra）。更具體地說，步驟S130是以所述拋光器在一第二拋光液中（圖未繪示），對所述碳化矽晶片100的矽面2進行拋光，以使得所述碳化矽晶片100的矽面2具有所述第二表面算術平均粗糙度（Ra）。其中，所述矽面2的第二表面算術平均粗糙度（Ra）較佳為不大於0.1奈米（nm）。

經過上述碳面1及矽面2的拋光製程，所述碳面1的第一表面算術平均粗糙度（Ra）與所述矽面2的第二表面算術平均粗糙度（Ra）的比值不大於3。

值得一提的是，一般的碳化矽晶片的碳面的硬度與矽面的硬度之間具有較大的差異（碳面的硬度大於矽面的硬度）。現有的碳化矽晶片在經過加工程序後（如：表面拋光製程），其碳面的表面特性及矽面的表面特性差異也會變大（如：碳面的表面粗糙度與矽面的表面粗糙度之間的差異會變大），使得碳化矽晶片的碳面及矽面兩個面的應力不一致，如此將不利於後續的磊晶製程與元件製作，例如：於磊晶製程中，碳化矽晶片容易因其兩個面的應力不一致、而造成晶片彎曲變形或者破裂的情況，從而降低碳化矽晶片的製造良率。

相對於現有技術所存在的缺陷，本發明實施例的碳化矽晶片及其製造方法，能通過對碳化矽晶片100的碳面1及矽面2的表面算術平均粗糙度（Ra）的控制（如：碳面1的第一表面算術平均粗糙度不大於0.3奈米、矽面2的第二表面算術平均粗糙度不大於0.1奈米、及碳面1的第一表面算術平均粗糙度與矽面2的第二表面算術平均粗糙度的比值不大於3），而有效地改善碳化矽晶片100的兩個面應力不一致的問題，從而有利於後續的磊晶製程與元件製作，並且有效地提升碳化矽晶片100的製造良率。

進一步地說，在本實施例中，所述拋光器包含有一拋光墊及固定於所述拋光墊的多個研磨顆粒，而所述第一拋光液與第二拋光液內皆未包含任何研磨顆粒。再者，所述第一拋光液的pH值不大於7（酸性拋光液），而所述第二拋光液的pH值不小於7（鹼性拋光液）。

其中，在所述拋光器中，固定於所述拋光墊的多個研磨顆粒的平均粒徑是小於20μm，且多個所述研磨顆粒分佈在拋光墊上的密度是小於50%。再者，多個所述研磨顆粒是選自鑽石（金剛石）、碳化矽、氧化鋁、碳化硼、及立方體狀氮化硼的至少其中之一，而本實施例是採用鑽石，但本發明不受限於此。

其中，所述第一拋光液（如：酸性拋光液）包含有一氧化劑，並且所述第一拋光液是選自過錳酸鹽、過氧化氫、過硫酸氫鉀、硝酸銨鈰、過碘酸鹽、碘酸鹽、過硫酸鹽、氯酸鹽、鉻酸鹽、溴酸鹽、過溴酸鹽、鐵酸鹽、高錸酸鹽、高釕酸鹽的至少其中之一，而本實施例是採用過錳酸鹽，但本發明不受限於此。

又，所述第二拋光液（如：鹼性拋光液）包含有一金屬鹽類，並且所述第二拋光液是選自碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、四甲基氫氧化銨的至少其中之一，而本實施例是採用氫氧化鉀，但本發明不受限於此。

必須說明的是，在本實施例的拋光製程中，較佳是先使用第一拋光液對所述碳化矽晶片100的碳面1進行拋光，再使用第二拋光液對所述碳化矽晶片100的矽面2進行拋光。主要原因是由於碳面1的硬度大於矽面2的硬度，再加上一般業界對於矽面2的表面加工品質要求較高，若加工的次數越多，會增加晶片表面損傷的機會。為了要減少矽面2的加工次數，因此才會先進行碳面1的加工，但本發明不以此為限。舉例來說，在本發明的另一實施例中，所述拋光製程也可以是先對矽面2進行拋光，再對碳面1進行拋光。

另外值得一提的是，若所述拋光液中含有多個研磨顆粒，常常會導致多個研磨顆粒彼此團聚的現象發生，從而使得多個研磨顆粒無法均勻地分散於拋光液中。在此情況下進行碳化矽晶片的拋光，彼此團聚的多個研磨顆粒會容易在碳化矽晶片的表面上形成刮痕。相對於上述缺失，本發明實施例能通過將多個研磨顆粒固定於拋光墊上、及第一拋光液與第二拋光液內皆未包含任何研磨顆粒，從而避免了多個研磨顆粒彼此團聚的現象發生，並且可以有效地減少碳化矽晶片表面上的刮痕。

[碳化矽晶片]

如圖2，本實施例也公開一種碳化矽晶片100，所述碳化矽晶片100可以是經過上述碳化矽晶片的製造方法加工處理過，但本發明不受限於此。

具體來說，所述碳化矽晶片100具有一碳面1及一矽面2，並且所述矽面2的晶向相異於所述碳面1的晶向。其中，所述碳面1具有一第一表面算術平均粗糙度（Ra），所述矽面2具有一第二表面算術平均粗糙度（Ra），所述碳面1的第一表面算術平均粗糙度（Ra）不大於0.3奈米，所述矽面2的第二表面算術平均粗糙度（Ra）不大於0.1奈米，並且所述碳面1的第一表面算術平均粗糙度（Ra）與所述矽面2的所述第二表面算術平均粗糙度（Ra）的比值不大於3。

所述碳化矽晶片100的碳面1與矽面2之間的距離定義為一厚度T，其中，所述厚度T較佳是介於100微米至500微米之間，並且更佳是介於200微米至350微米之間。在本實施例中，所述碳化矽晶片100為適用於半導體元件中的單晶碳化矽基板，並且所述碳化矽晶片100的直徑D較佳為不小於3吋（inch），但本發明不受限於此。

[本發明實施例的技術功效]

綜上所述，本發明實施例所公開的碳化矽晶片及其製造方法，能通過對碳化矽晶片100的碳面1及矽面2的表面算術平均粗糙度（Ra）的控制（如：碳面1的第一表面算術平均粗糙度不大於0.3奈米、矽面2的第二表面算術平均粗糙度不大於0.1奈米、及碳面1的第一表面算術平均粗糙度與矽面2的第二表面算術平均粗糙度的比值不大於3），而有效地改善碳化矽晶片100的兩個面應力不一致的問題，從而有利於後續的磊晶製程與元件製作，並且有效地提升碳化矽晶片100的製造良率。

以上所述僅為本發明的優選可行實施例，並非用來侷限本發明的保護範圍，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的權利要求書的保護範圍。

100:碳化矽晶片 1:碳面 2:矽面 T:厚度 D:直徑

圖1為本發明實施例碳化矽晶片的製造方法流程示意圖。

圖2為本發明實施例碳化矽晶片的立體示意圖。

Claims

一種碳化矽晶片，其包括：一碳面，所述碳面具有一第一表面算術平均粗糙度（Ra）；以及一矽面，所述矽面具有一第二表面算術平均粗糙度（Ra），並且，所述矽面的晶向相異於所述碳面的晶向；其中，所述碳面的所述第一表面算術平均粗糙度（Ra）不大於0.3奈米，所述矽面的所述第二表面算術平均粗糙度（Ra）不大於0.1奈米，並且所述碳面的所述第一表面算術平均粗糙度（Ra）與所述矽面的所述第二表面算術平均粗糙度（Ra）的比值不大於3。
如請求項1所述的碳化矽晶片，其中，所述碳化矽晶片的所述碳面與所述矽面之間的距離定義為一厚度，並且所述厚度介於100微米至500微米之間。
如請求項1所述的碳化矽晶片，其中，所述碳化矽晶片為一單晶碳化矽基板。