TWI771183B - 碳化矽晶圓的拋光方法 - Google Patents

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一種碳化矽晶圓的拋光方法,包括提供一碳化矽晶圓,所述碳化矽晶圓包括一碳面與一矽面。對所述碳面與所述矽面其中至少一者進行摻雜,以改變被摻雜面的氧化能力。在所述摻雜後對碳化矽晶圓進行化學機械研磨,其中所述矽面的移除速率大於等於所述碳面的移除速率。

Description

碳化矽晶圓的拋光方法
本發明是有關於一種半導體晶圓的研磨技術,且特別是有關於一種碳化矽晶圓的拋光方法。
半導體晶圓的製作一般在切片後需要進行拋光,以移除表面的缺陷與損傷。碳化矽晶圓具有碳極性面和矽極性面,因為碳面與矽面的極性不同,所以化學活性也不同,故兩面拋光速率具有差異,一般碳面的拋光速率至少是矽面的拋光速率的兩倍以上,如何控制碳面或矽面拋光速率,為一重要議題。
目前改善兩面拋光速率差異的技術是在碳化矽晶圓的矽面生成氧化層,以增加矽面的拋光速率,但生成的氧化層有厚度、緻密性不均勻的問題,導致拋光後晶圓的表面粗糙度提高,且結構幾何不佳。
本發明提供一種碳化矽晶圓的拋光方法,可使碳面與矽面的拋光速率接近,甚至使矽面的拋光速率大於碳面的拋光速率,並且不影響晶圓幾何。
本發明的碳化矽晶圓的拋光方法,包括提供一碳化矽晶圓,對碳化矽晶圓的碳面與矽面其中至少一者進行摻雜,以改變被摻雜面的氧化能力。在所述摻雜後,對所述碳化矽晶圓進行化學機械研磨,其中所述矽面的移除速率大於等於所述碳面的移除速率。
在本發明的一實施例中,上述化學機械研磨中的矽面的移除速率對碳面的移除速率在1:1至10:1之間。
在本發明的一實施例中,上述摻雜的步驟包括:對所述矽面進行P型摻質的摻雜,以增加所述矽面的氧化速率。
在本發明的一實施例中,上述P型摻質的摻雜深度小於1 µm,且所述P型摻質在矽面內的摻雜深度偏差不均勻性在1%以內。
在本發明的一實施例中,上述P型摻質在所述矽面內的濃度大於1E18/cm 3
在本發明的一實施例中,上述摻雜的步驟包括:對所述碳面進行N型摻質的摻雜,以降低所述碳面的氧化速率。
在本發明的一實施例中,上述N型摻質的摻雜深度小於1 µm,且所述N型摻質在所述碳面內的摻雜深度偏差不均勻性在1%以內。
在本發明的一實施例中,上述N型摻質在所述碳面內的濃度大於1E17/cm 3
在本發明的一實施例中,上述摻雜的步驟包括對所述矽面進行P型摻質的摻雜,以增加所述矽面的氧化速率,並且對所述碳面進行N型摻質的摻雜,以降低所述碳面的氧化速率。
在本發明的一實施例中,上述摻雜的步驟包括在所述被摻雜面內形成單層或雙層的摻雜層。
在本發明的一實施例中,上述雙層的摻雜層包括第一層與第二層,且所述第一層位於所述第二層與所述被摻雜面之間。
在本發明的一實施例中,上述第一層與上述第二層直接接觸。
在本發明的一實施例中,上述第一層內的摻雜濃度大於上述第二層內的摻雜濃度,且所述雙層的摻雜層的摻雜深度小於2 µm。
在本發明的一實施例中,上述化學機械研磨的步驟包括對所述碳化矽晶圓進行單面拋光或雙面拋光。
在本發明的一實施例中,上述化學機械研磨的終點偵測方法包括:偵測碳化矽晶圓的表面移除速率變化或電性變化來決定終點。
在本發明的一實施例中,在上述化學機械研磨後的碳化矽晶圓的表面具有1E14/cm 3~1E15/cm 3的摻雜濃度。
在本發明的一實施例中,在上述化學機械研磨後的碳化矽晶圓的表面無摻雜濃度。
在本發明的一實施例中,上述摻雜的步驟是在被摻雜面內形成摻雜層,且上述化學機械研磨的去除厚度大於上述摻雜層的厚度。
基於上述,本發明通過摻雜的方式改變碳化矽晶圓之被摻雜面的氧化能力,使矽面的移除速率大於等於碳面的移除速率,以改進碳化矽晶圓的CMP速度,進而縮短製程時間。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下將參考圖式來全面地描述本發明的例示性實施例,但本發明還可按照多種不同形式來實施,且不應解釋為限於本文所述的實施例。在圖式中,為了清楚起見,各區域、部位及層的大小與厚度可不按實際比例繪製。為了方便理解,下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。
圖1是依照本發明的第一實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖。
請參照圖1,第一實施例的碳化矽晶圓的拋光方法,包括提供一碳化矽晶圓100,其包括一碳面CS與一矽面SS。然後,對碳面CS與矽面SS其中至少一者進行摻雜102,以改變被摻雜面104的氧化能力。在第一實施例中,上述摻雜102的步驟是對矽面SS進行P型摻質的摻雜,以通過於矽面SS內產生電洞而增加矽面SS的氧化速率,如反應式SiC+8OH -+8h +→SiO 2+CO 2+4H 2O顯示在SiC材料與溶液附近,材料上的電洞可吸引OH -,形成放電通道,促進氧化反應進行。前述摻雜102的步驟包括在被摻雜面104內形成單層的摻雜層106。在本實施例中,上述P型摻質例如硼(B)、鋁(Al)或鎵(Ga)。若是以摻雜均勻度的觀點來看,摻雜層106(P型摻質)的摻雜深度d1例如小於1 µm,且P型摻質在矽面SS內的摻雜深度偏差不均勻性例如在1%以內,較佳是在0.8%以內,更佳是在0.5%以內。在一實施例中,上述P型摻質在矽面SS內的濃度例如大於1E18/cm 3,較佳是大於3E18/cm 3,更佳是在5E18/cm 3~ 5E19/cm 3
請繼續參照圖1,在所述摻雜102後,對碳化矽晶圓100進行化學機械研磨CMP,且CMP之後的碳化矽晶圓100兩面的虛線代表的是被研磨前的表面。化學機械研磨CMP的步驟可以是對碳化矽晶圓100進行單面拋光(先對矽面SS或碳面CS拋光,再對未拋光的那面進行拋光)或雙面拋光(同時對矽面SS和碳面CS拋光),其中由於矽面SS的氧化能力已被提高,所以矽面SS的移除速率會大於等於碳面CS的移除速率。舉例來說,傳統未施行摻雜102的碳化矽晶圓100若是直接進行單面拋光,矽面SS的移除速率(約1.5µm/hr)對碳面CS的移除速率約在1:2至1:3之間;而傳統未施行摻雜102的碳化矽晶圓100若是直接進行雙面拋光,矽面SS的移除速率(約0.15µm/hr)對碳面CS的移除速率約在1:4至1:5之間。然而,經本實施例的摻雜102後進行的化學機械研磨CMP,其中的矽面SS的移除速率對碳面CS的移除速率例如在1:1至10:1之間,或者在1:1至7:1之間,較佳是在1:1至5:1之間。因此,第一實施例的方法確實能有效改善傳統矽面SS移除速率低的問題。在第一實施例中,化學機械研磨CMP中的氧化劑例如過氧化氫(H 2O 2)、過錳酸鉀(KMnO 4)、臭氧(O 3)、三價鐵(Fe 3+)化合物或其組合。在化學機械研磨CMP後的碳化矽晶圓100的表面(如矽面SS)無摻雜濃度或者具有1E14/cm 3~1E15/cm 3的摻雜濃度。而且,化學機械研磨CMP的去除厚度t1較佳是大於摻雜層106的厚度(即摻雜深度d1)。
在一實施例中,化學機械研磨CMP的終點偵測方法例如偵測碳化矽晶圓100的表面移除速率變化來決定終點。舉例來說,進行摻雜102前的矽面SS移除速度假設=1 µm/hr;摻雜102後的矽面SS的移除速度假設是其10倍(=10 µm/hr),則CMP速率從10 µm/hr降至1 µm/hr或更低,即可知摻雜層106已完全或者大部分被去除,此時可停止CMP。
在另一實施例中,化學機械研磨CMP的終點偵測方法例如偵測碳化矽晶圓100的表面電性變化來決定終點。舉例來說,P型摻質在矽面SS內的濃度若是1E18/cm 3,則矽面SS的碳化矽晶圓100電阻率假設為1 Ω-cm;若是將摻雜層106(P型摻質)移除則矽面SS內的濃度假設為1E14/cm 3,則矽面SS的碳化矽晶圓100電阻率會增為200 Ω-cm。因此,若電阻率從1 Ω-cm增至200 Ω-cm或更高,可知摻雜層106已完全去除或者大部分被去除,此時可停止CMP。
圖2是依照本發明的第二實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖,其中使用與第一實施例相同的元件符號來代表相同或相似的構件,且所省略的部分技術說明可參照第一實施例的內容,因此於下文不再贅述。
請參照圖2,第二實施例的碳化矽晶圓的拋光方法同樣是提供具有碳面CS與矽面SS的碳化矽晶圓100,但是與第一實施例不同處在於,摻雜200的步驟是對碳面CS進行N型摻質的摻雜,由於碳面CS內含N型摻質,其可吸引溶液中質子(H +),因此按反應式SiC+8OH -+8h +→SiO 2+CO 2+4H 2O,H +與OH -中和後,反應不易向右進行,因此降低碳面CS的氧化速率,並在被摻雜面202內形成單層的摻雜層204。在本實施例中,上述N型摻質例如磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或氮(N)。若是以摻雜均勻度的觀點來看,摻雜層204(N型摻質)的摻雜深度d2例如小於1 µm,且N型摻質在碳面CS內的摻雜深度偏差不均勻性例如在1%以內,較佳是在0.8%以內,更佳是在0.5%以內。在一實施例中,上述N型摻質在碳面CS內的濃度例如大於1E17/cm 3,較佳是大於3E17/cm 3,更佳是在5E17/cm 3~ 5E18/cm 3
請繼續參照圖2,在所述摻雜200後,對碳化矽晶圓100進行化學機械研磨CMP,其中化學機械研磨CMP中的氧化劑可參照第一實施例。在第二實施例中,化學機械研磨CMP的步驟可以是對碳化矽晶圓100進行單面拋光(先對碳面CS或矽面SS拋光,再對未拋光的那面進行拋光)或雙面拋光(同時對矽面SS和碳面CS拋光),其中矽面SS的移除速率大於等於碳面CS的移除速率。舉例來說,化學機械研磨CMP中的矽面SS的移除速率對碳面CS的移除速率例如在1:1至10:1之間,或者在1:1至7:1之間,較佳是在1:1至5:1之間。因此,第二實施例的方法確實能有效改善傳統矽面SS移除速率低的問題。在化學機械研磨CMP後的碳化矽晶圓100的表面(如碳面CS)無摻雜濃度或者具有1E14/cm 3~1E15/cm 3的摻雜濃度。而且,化學機械研磨CMP的去除厚度t2較佳是大於摻雜層204的厚度(即摻雜深度d2)。至於化學機械研磨CMP的終點偵測方法可參照第一實施例,於此不再贅述。
圖3是依照本發明的第三實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖,其中使用與上述實施例相同的元件符號來代表相同或相似的構件,且所省略的部分技術說明可參照上述實施例的內容,因此於下文不再贅述。
請參照圖3,第三實施例的碳化矽晶圓的拋光方法同樣是提供具有碳面CS與矽面SS的碳化矽晶圓100,然而與上述實施例不同處在於,摻雜的步驟包括對矽面SS進行P型摻質的摻雜102,以增加矽面SS的氧化速率,並且對碳面CS進行N型摻質的摻雜200,以降低碳面CS的氧化速率。雖然圖3顯示先進行摻雜102再進行摻雜200,但本發明並不限於此;在另一實施例中,前述摻雜製程可先進行N型摻質的摻雜200再進行P型摻質的摻雜102。上述N型摻質與P型摻質的種類與濃度範圍均可參照第一與第二實施例,於此不再贅述。由於摻雜102/200會改變被摻雜面的氧化能力,所以矽面SS的氧化速率會增加,碳面CS的氧化速率會降低。
請繼續參照圖3,在所述摻雜200後,對碳化矽晶圓100進行化學機械研磨CMP,其中化學機械研磨CMP中的氧化劑可參照第一實施例。在第三實施例中,化學機械研磨CMP的步驟是可以是對碳化矽晶圓100進行單面拋光(先對矽面SS或碳面CS拋光,再對未拋光的那面進行拋光)或對碳化矽晶圓100進行雙面拋光(同時對矽面SS和碳面CS拋光),其中矽面SS的移除速率大於等於碳面CS的移除速率。舉例來說,化學機械研磨CMP中的矽面SS的移除速率對碳面CS的移除速率例如在1:1至10:1之間,或者在1:1至7:1之間,較佳是在1:1至5:1之間。在化學機械研磨CMP後的碳化矽晶圓100的表面(如碳面CS)無摻雜濃度或者具有1E14/cm 3~1E15/cm 3的摻雜濃度。在第三實施例中,化學機械研磨CMP的去除厚度t1與t2較佳是分別大於摻雜層102與摻雜層204的厚度(即摻雜深度d1與d2)。至於化學機械研磨CMP的終點偵測方法可參照第一實施例,於此不再贅述。
圖4是依照本發明的第四實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖,其中使用與第一實施例相同的元件符號來代表相同或相似的構件,且所省略的部分技術說明可參照第一實施例的內容,因此於下文不再贅述。
請參照圖4,第四實施例的碳化矽晶圓的拋光方法同樣是提供具有碳面CS與矽面SS的碳化矽晶圓100,但是與第一實施例不同處在於,摻雜製程是進行兩次摻雜400與402,以在被摻雜面404(矽面SS)內形成雙層的摻雜層,亦即直接接觸的第一層406與第二層408,其中第一層406位於第二層408與被摻雜面404之間,雙層的摻雜層的摻雜深度例如小於2 µm,且第一層406內的摻雜濃度大於第二層408內的摻雜濃度,例如第一層406內的摻雜濃度比第二層408內的摻雜濃度大5倍。在本實施例中,第一道摻雜400是對矽面SS進行P型摻質的摻雜,以形成第二層408,其摻雜深度d3例如小於2 µm。第二道摻雜402同樣是對矽面SS進行P型摻質的摻雜,以增加矽面SS中P型摻質的濃度,因此所形成第一層406(最表層)的摻雜濃度例如大於5E18/cm 3(如大於8E18/cm 3,較佳是在1E19/cm 3~ 1E20/cm 3)、第二層408的摻雜濃度則例如大於1E18/cm 3(如大於3E18/cm 3,較佳是在5E18/cm 3~ 5E19/cm 3)。
至於第一層406的摻雜深度d4可以是目標厚度的80%,其中的「目標厚度」是指化學機械研磨CMP的去除厚度t3,例如2µm ~ 3µm,但本發明並不以此為限;根據製程需求,前述目標厚度可以更薄或更厚。也就是說,第二層408的摻雜深度d3可視為目標厚度,也可視為雙層的摻雜層的摻雜深度。
請繼續參照圖4,在所述摻雜402後,對碳化矽晶圓100進行化學機械研磨CMP,其中化學機械研磨CMP中的氧化劑可參照第一實施例。由於被摻雜面404(矽面SS)內形成有雙層的摻雜層,亦即第一層406與第二層408,所以矽面SS的氧化速率會增加,使得化學機械研磨CMP中的矽面SS的移除速率對碳面CS的移除速率在1:1至10:1之間,例如在1:1至7:1之間,較佳是在1:1至5:1之間,有利於碳化矽晶圓100的拋光。而且,化學機械研磨CMP的去除厚度t3較佳是大於雙層的摻雜層的摻雜深度(即摻雜深度d3)。至於化學機械研磨CMP的終點偵測方法可參照第一實施例,於此不再贅述。
圖5是依照本發明的第五實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖,其中使用與第四實施例相同的元件符號來代表相同或相似的構件,且所省略的部分技術說明可參照第四實施例的內容,因此於下文不再贅述。
請參照圖5,第五實施例的碳化矽晶圓的拋光方法同樣是提供具有碳面CS與矽面SS的碳化矽晶圓100,但是與第四實施例不同處在於,被摻雜面404是碳面CS。因此,第一道摻雜400是對碳面CS進行N型摻質的摻雜,第二道摻雜402同樣是對碳面CS進行N型摻質的摻雜,以增加碳面CS中N型摻質的濃度,其中所形成的第一層406(最表層)的摻雜濃度可大於5E17/cm 3,例如大於8E17/cm 3,較佳是在1E18/cm 3~ 1E19/cm 3;第二層408的摻雜濃度則可大於1E17/cm 3,例如大於3E17/cm 3,較佳是在5E17/cm 3~ 5E18/cm 3。至於第二層408的摻雜深度d3、第一層406的摻雜深度d4以及去除厚度t3的相關內容可參照第四實施例,於此不再贅述。
綜上所述,本發明通過對碳化矽晶圓之矽面以及/或者碳面摻雜的方式,改變被摻雜面的氧化能力,使矽面的移除速率大於等於碳面的移除速率,以增加碳化矽晶圓的整體CMP速度,進而縮短製程時間。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100: 碳化矽晶圓 102、200、400、402: 摻雜 104、202、404: 被摻雜面 106、204: 摻雜層 406: 第一層 408: 第二層 CMP: 化學機械研磨 CS:碳面 d1、d2、d3、d4: 摻雜深度 SS:矽面 t1、t2、t3: 去除厚度
圖1是依照本發明的第一實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖。 圖2是依照本發明的第二實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖。 圖3是依照本發明的第三實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖。 圖4是依照本發明的第四實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖。 圖5是依照本發明的第五實施例的一種碳化矽晶圓的拋光製程的剖面流程圖。
100: 碳化矽晶圓 102: 摻雜 104: 被摻雜面 106: 摻雜層 CMP: 化學機械研磨 CS:碳面 d1: 摻雜深度 SS:矽面 t1: 去除厚度

Claims (18)

  1. 一種碳化矽晶圓的拋光方法,包括: 提供一碳化矽晶圓,所述碳化矽晶圓包括一碳面與一矽面; 對所述碳面與所述矽面其中至少一者進行摻雜,以改變被摻雜面的氧化能力;以及 在所述摻雜後對所述碳化矽晶圓進行化學機械研磨,其中所述矽面的移除速率大於等於所述碳面的移除速率。
  2. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述化學機械研磨中的所述矽面的所述移除速率對所述碳面的所述移除速率在1:1至10:1之間。
  3. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述摻雜的步驟包括:對所述矽面進行P型摻質的摻雜,以增加所述矽面的氧化速率。
  4. 如請求項3所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述P型摻質的摻雜深度小於1 µm,且所述P型摻質在所述矽面內的摻雜深度偏差不均勻性在1%以內。
  5. 如請求項3所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述P型摻質在所述矽面內的濃度大於1E18/cm 3
  6. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述摻雜的步驟包括:對所述碳面進行N型摻質的摻雜,以降低所述碳面的氧化速率。
  7. 如請求項6所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述N型摻質的摻雜深度小於1 µm,且所述N型摻質在所述碳面內的摻雜深度偏差不均勻性在1%以內。
  8. 如請求項6所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述N型摻質在所述碳面內的濃度大於1E17/cm 3
  9. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述摻雜的步驟包括: 對所述矽面進行P型摻質的摻雜,以增加所述矽面的氧化速率;以及 對所述碳面進行N型摻質的摻雜,以降低所述碳面的氧化速率。
  10. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述摻雜的步驟包括在所述被摻雜面內形成單層或雙層的摻雜層。
  11. 如請求項10所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述雙層的摻雜層包括第一層與第二層,且所述第一層位於所述第二層與所述被摻雜面之間。
  12. 如請求項11所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述第一層與所述第二層直接接觸。
  13. 如請求項11所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述第一層內的摻雜濃度大於所述第二層內的摻雜濃度,且所述雙層的摻雜層的摻雜深度小於2 µm。
  14. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述化學機械研磨的步驟包括:對所述碳化矽晶圓進行單面拋光或雙面拋光。
  15. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述化學機械研磨的終點偵測方法包括:偵測所述碳化矽晶圓的表面移除速率變化或是電性變化來決定終點。
  16. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中在所述化學機械研磨後的所述碳化矽晶圓的表面具有1E14/cm 3~1E15/cm 3的摻雜濃度。
  17. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中在所述化學機械研磨後的所述碳化矽晶圓的表面無摻雜濃度。
  18. 如請求項1所述的碳化矽晶圓的拋光方法,其中所述摻雜的步驟包括在所述被摻雜面內形成摻雜層,且所述化學機械研磨的去除厚度大於所述摻雜層的厚度。
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