[发明专利]一种生长低翘曲半导体衬底晶片的方法

说明书

本发明公开了一种生长低翘曲半导体衬底晶片的方法，包括如下步骤：S1)沉积介质层：在衬底晶片的背面和正面沉积第一介质层和第二介质层，第一介质层和第二介质层满足α₁×T₁＝α₂×T₂；S2)高温退火；S3)去除第二介质层并磨抛清洗；S4)衬底晶片进行外延生长：将步骤S3)背面沉积有第一介质层的衬底晶片进行外延生长；S5)去除第一介质层并磨抛清洗。本发明预先在衬底晶片的正面和背面均沉积一层刚度大于衬底晶片的介质层，两层介质层的协同热膨胀能够对外延片进行形变约束，使得衬底晶片在高温退火时翘曲度降低，经过高温退火后再去除正面的介质层，保留背面的介质层，背面的介质层能够对衬底晶片进行保护，维持其低翘曲度。

技术领域

本发明涉及半导体外延技术领域，特别涉及一种生长低翘曲半导体衬底晶片的方法。

背景技术

目前，人类的生活已经离不开半导体材料，在新能源发电、功率处理、微波射频、光电等领域的应用无处不在。作为半导体器件应用的上游工段，外延生长是十分重要的基础环节。衬底晶片的翘曲度是外延片质量的一个重要参数，外延前后翘曲度通常有一个较为明显的增加，尤其是在大尺寸、厚外延时影响更为明显，会降低曝光精度，增加碎片风险；还会伴生着晶体缺陷甚至微裂纹来缓和应力的积累；此外，外延生长过程中通常在衬底晶片表面有一较厚的掩膜层，也会增加翘曲度，降低加工精度。虽然现有技术通过高温退火工艺来降低翘曲度，但衬底晶片的翘曲度仍然较大。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种生长低翘曲半导体衬底晶片的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种生长低翘曲半导体衬底晶片的方法，包括如下步骤：

S1)沉积介质层：在衬底晶片的背面和正面沉积第一介质层和第二介质层，第一介质层和第二介质层的刚度高于衬底晶片的刚度，第一介质层和第二介质层的热膨胀系数分别是α₁、α₂，第一介质层和第二介质层的厚度分别是T₁、T₂，第一介质层和第二介质层满足α₁×T₁＝α₂×T₂；衬底晶片位于第一介质层和第二介质层之间，第一介质层和第二介质层的协同热膨胀能够使得衬底晶片在高温退火时翘曲度降低；

S2)高温退火：将步骤S1)的衬底晶片进行高温退火处理、并缓慢降至室温；高温退火处理为隔绝空气条件，温度500-1500℃，时间5-30min，高温退火结束后，缓慢降至室温，降温速率＜40℃/min；

S3)去除第二介质层并磨抛清洗：将步骤S2)的衬底晶片正面沉积的第二介质层去除、并磨抛清洗；

S4)衬底晶片进行外延生长：将步骤S3)背面沉积有第一介质层的衬底晶片进行外延生长；

S5)去除第一介质层并磨抛清洗：将步骤S4)的衬底晶片背面沉积的第一介质层去除、并磨抛清洗，得到低翘曲度的衬底晶片。

作为本发明生长低翘曲半导体衬底晶片的方法的一种改进，所述第一介质层和所述第二介质层的材料均包括钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、稀土金属及其合金和非金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、磷化物、硫化物或以上任意两种或两种以上的材料组合。

作为本发明生长低翘曲半导体衬底晶片的方法的一种改进，所述第一介质层和所述第二介质层的沉积方法包括磁控溅射、电化学沉积、物理气相沉积或化学气相沉积。

作为本发明生长低翘曲半导体衬底晶片的方法的一种改进，所述第一介质层和第二介质层的热膨胀系数和厚度均相同，所述第一介质层和第二介质层为同一种材料。