[发明专利]一种高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底的快速制备方法有效

专利信息
申请号: 201811205285.7 申请日: 2018-10-16
公开(公告)号: CN109545680B 公开(公告)日: 2020-11-20
发明(设计)人: 梁庆瑞;王含冠;王瑞;时文灵 申请(专利权)人: 山东天岳先进材料科技有限公司
主分类号: H01L21/306 分类号: H01L21/306
代理公司: 济南千慧专利事务所(普通合伙企业) 37232 代理人: 吴绍群
地址: 250100 山东省济南市高新区*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 平整 损伤 碳化硅 衬底 快速 制备 方法
【说明书】:

发明提供了一种高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底的快速制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:对单晶碳化硅进行全固结磨料加工,然后再进行化学机械抛光处理,获得所述高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底;其中,所述固结磨料加工包括线切割和砂轮研磨,在所述切割线上固结磨料颗粒,在所述砂轮上固结磨料颗粒。通过本发明的制备方法制得的单晶碳化硅衬底的表面粗糙度、细小划痕die占比、pit占比、bump均较低,且面型数据好,厚度偏差小、弯曲度小、翘曲度小。

技术领域

本发明涉及晶体材料加工技术领域,具体说是一种高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底的快速制备方法。

背景技术

单晶碳化硅是最重要的第三代半导体材料之一,因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质,在电力电子、射频器件、光电子器件等领域有着及其广泛的应用前景。

目前商品单晶碳化硅多使用PVT(物理气相沉积法)的生长方法,然后通过端面加工、多线切割、研磨、机械抛光、化学机械抛光、清洗封装、形成开盒即用的碳化硅衬底。由于单晶碳化硅莫氏为9.2,自然界中仅次于金刚石,对其进行物理加工难度非常高,而且碳化硅具有高的化学稳定性,如耐酸碱、耐氧化能力,这大大增加了化学机械抛光(CMP)的难度。化学机械抛光是目前唯一的一种全局平坦化抛光方法,使用的是化学抛光液,其中包含强氧化性的化学剂和作为磨料的颗粒。抛光过程中,化学作用和机械作用同时作用于晶片表面,去除晶片表面的损伤层。

鉴于碳化硅材料的加工难度,目前多使用初加工→砂线切割→游离磨料研磨→铜盘抛光→锡盘抛光→粗CMP→精CMP的方法,存在加工步骤过于繁琐、效率低、游离磨料在加工过程中难以清洗、一次通过率低、面型差(TTV/Bow/Warp)、亚表面损伤难以消除等问题。若加工完成后衬底表面存在损伤,会直接以三角形缺陷的方式蔓延至外延片表面,形成大量的不合格区。下一步制造芯片的过程中,这些不合格区会大大降低芯片良率,是影响芯片良率的首要因素。

现有技术由于使用砂线切割,这是一种类似于研磨的切削方式,切削力非常弱,使得加工效率大大降低;在游离磨料研磨过程中,游离磨料的大颗粒会导致深划痕的产生,下一道工序难以去除。铜盘锡盘是单面加工方法,由于盘面较软,盘面的平整度控制不好会严重影响晶片面型(TTV/LTV/BOW/Warp)。

传统的碱性CMP加工一直存在表面质量和去除率的矛盾:用高硬度的磨料可以提高去除率,但会造成表面损伤;用低硬度的磨料可以获得高质量的表面,但是去除率非常低。最终获得的晶片表面,若存在损伤层,会对应用造成致命的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底的快速制备方法,所述制备方法包括如下步骤:对单晶碳化硅进行全固结磨料加工,然后再进行化学机械抛光处理,获得所述高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底;其中,所述固结磨料加工包括线切割和砂轮研磨,在所述切割线上固结磨料颗粒,在所述砂轮上固结磨料颗粒。通过本发明的制备方法制得的单晶碳化硅衬底的表面粗糙度、细小划痕die(不合格方块)占比、pit(凹坑)占比、bump(凸起)均较低,且面型数据好,厚度偏差小、弯曲度小、翘曲度小。

为达到以上目的,本发明采取的技术方案是:

一方面,本发明提供了一种高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底的快速制备方法,所述制备方法包括如下步骤:对单晶碳化硅进行全固结磨料加工,然后再进行化学机械抛光处理,获得所述高平整度、低损伤单晶碳化硅衬底;其中,所述固结磨料加工包括线切割和砂轮研磨,在所述切割线上固结磨料颗粒,在所述砂轮上固结磨料颗粒。

进一步的,所述磨料颗粒选自氧化硅、氧化铝、氧化铈、碳化硅、碳化硼、氧化锆、金刚石中的一种或多种。

进一步的,在对单晶碳化硅进行钻石线切割之前,对所述单晶碳化硅还进行初加工,其中,初加工采用固结磨料加工方式。

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