一种获得大尺寸碳化硅单晶片高加工精度的方法技术

本发明专利技术公开了一种获得大尺寸碳化硅晶片高加工精度的方法，包括：对生长后的碳化硅晶锭进行一次退火，切片后对晶片进行二次退火，双面研磨后对晶片进行三次退火，其中，所述一次退火时所述晶锭的加热温度在400‑2000℃，保持8‑200h后缓慢降至常温；所述二次退火时所述晶片的加热温度在500‑1800℃，保持16‑180h后缓慢降至常温；所述三次退火时所述晶片的加热温度在600‑1600℃，保持16‑180h后缓慢降至常温。尤其是对4英寸及4英寸以上的碳化硅晶片，在晶片切割、研磨、抛光后进一步减小碳化硅晶片表面平整度、翘曲度、弯曲度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料制备
，尤其涉及一种大尺寸碳化硅（SiC）单晶片高加工精度的方法。该方法通过对大尺寸碳化硅单晶片进行多步退火，以及进行后续双面抛光，以消除生长和加工引入的应力，从而获得期望的高加工精度。
技术介绍
碳化硅(SiC)材料是重要的第三代半导体材料，与Si和GaAs等传统半导体材料相比，由于具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用前景。目前世界上绝大多数研究机构和公司采用物理气相传输法生长SiC晶体。在典型的物理气相传输法原理中，采用中频感应或电阻加热，高密度石墨材料作为发热体。通过调节保温，使得处于高温处的SiC原料升华分解成气相物质(主要为Si，Si2C，SiC2)，这些气相物质输运到温度较低的籽晶处，结晶生成SiC晶体。由于生长过程中的温度梯度及晶体生长各部分的速率不一致，导致SiC晶体中产生内应力。随着SiC晶体尺寸的增大，晶体生长耗时越来越多，相应温度梯度也越来越大，导致晶体内应力也越来越大。应力的分布不均匀会造成晶片不同程度的扭曲变形，极大影响加工过程的加工精度。在碳化硅晶体生长完以后，将晶体切成预定形状的晶片，一般利用金刚石线锯切割SiC晶体，通过对金刚石线的线速、向下进给速度和线锯摇摆的调整，可以把体块状单晶切割成厚度均匀的晶片。切割完的碳化硅晶片表面有刀痕、翘曲度大，需要进一步的研磨处理。目前研磨主要为双面研磨，一般选用碳化硼磨料，以球磨铸铁盘为研具，通过研具对晶片施加一定的压力，研磨盘通过一定流量的磨料，设定研具的旋转速度，对碳化硅晶片表面进行研磨去量加工。双面研磨主要是去除切割的线痕及切割引起的加工损伤层，并提高表面粗糙度。双面研磨过程可以有效改善晶片的加工精度。双面研磨后需要进行抛光处理，目前国内主流加工技术为单面抛光加工，通常先加工一个面（例如碳面），然后加工另外一个面（例如硅面），这样得到的晶片加工精度较差。以上，常规的生长、切割、研磨、抛光后SiC晶片具有高的表面平整度、翘曲度、弯曲度，整体加工精度较差。而SiC的应用要求晶片表面平整、无缺陷、无损伤。SiC的表面加工质量和精度的优劣，直接影响到晶片外延的质量，进一步影响到器件的性能。目前市场对碳化硅晶片的加工精度TTV（总厚度变化）、BOW（弯曲度）、WARP（翘曲度）提出了越来越高的要求，尤其期待开发出一种大尺寸、高精度的硅化硅晶片的加工方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了一种获得大尺寸碳化硅晶片高加工精度的方法，尤其是对4英寸及4英寸以上的碳化硅晶片，在晶片切割、研磨、抛光后进一步减小碳化硅晶片表面平整度、翘曲度、弯曲度。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种获得大尺寸碳化硅晶片高加工精度的方法，该方法包括：对生长后的碳化硅晶锭进行一次退火，切片后对晶片进行二次退火，双面研磨后对晶片进行三次退火，其中，所述一次退火时所述晶锭的加热温度在400-2000℃，保持8-200h后缓慢降至常温；所述二次退火时所述晶片的加热温度在500-1800℃，保持16-180h后缓慢降至常温；所述三次退火时所述晶片的加热温度在600-1600℃，保持16-180h后缓慢降至常温。进一步，所述一次退火中加热后的晶锭用8h降至常温。进一步，所述二次退火中加热后的晶片用6h降至常温。进一步，所述三次退火中加热后的晶锭用5h降至常温。进一步，所述三次退火后对晶片进行双面抛光处理，所述双面抛光处理包括在双面抛光机上进行的粗抛光、半精抛和精抛光。本专利技术经过三次退火后的晶片TTV＜10um，Bow＜±10um，Warp＜10um。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作详细说明。1.取4英寸碳化硅晶锭，进行一次退火处理，将退火温度控制在1600℃，保持24h后，用8h将晶锭温度缓慢降至常温。通过退火降低晶锭内应力，使晶格发生滑移、重排，为后续加工获得高加工精度打下良好基础。2.切割SiC晶锭后，对SiC单晶片进行二次退火，将温度控制在1500℃，保持20h后，用6h将晶片温度缓慢降至常温。3.研磨后对SiC单晶片进行三次退火，将温度控制在1400℃，保持18h后，用5h将晶片温度缓慢降至常温。4.将SiC单晶片在双面抛光机上进行粗抛光，抛光液使用水溶性金刚石抛光液，金刚石颗粒粒径为5-15um，抛光压力为40-100kg，抛光盘为树脂铜盘；5.将SiC单晶片在双面抛光机上进行半精抛，使用水溶性金刚石抛光液，金刚石颗粒粒径为0.25-3um，抛光压力为60-120kg，抛光盘为树脂锡盘；6.将SiC单晶片在双面抛光机上进行精抛光，使用碱性的二氧化硅抛光液，其中二氧化硅胶体悬浮剂：去离子水的体积比为1：（5-15），加入适当比例的氧化剂，本实施例使用过氧化氢作为氧化剂，加入比例占抛光液重量比为10-20%，调节精抛液PH值为9-13，抛光压力为80-140kg，抛光垫为绒毛类结构的抛光垫。7.对抛光后晶片进行平整度检测设备测量，其加工精度为：其加工精度可满足TTV＜5，Bow＜±3，Warp＜6um。上述示例只是用于说明本专利技术，本专利技术的实施方式并不限于这些示例，本领域技术人员所做出的符合本专利技术思想的各种具体实施方式都在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获得大尺寸碳化硅晶片高加工精度的方法，其特征在于，该方法包括：对生长后的碳化硅晶锭进行一次退火，切片后对晶片进行二次退火，双面研磨后对晶片进行三次退火，其中，所述一次退火时所述晶锭的加热温度在400‑2000℃，保持8‑200h后缓慢降至常温；所述二次退火时所述晶片的加热温度在500‑1800℃，保持16‑180h后缓慢降至常温；所述三次退火时所述晶片的加热温度在600‑1600℃，保持16‑180h后缓慢降至常温。

【技术特征摘要】
1.一种获得大尺寸碳化硅晶片高加工精度的方法，其特征在于，该方法包括：
对生长后的碳化硅晶锭进行一次退火，切片后对晶片进行二次退火，双面研磨后对晶片进行三次退火，其中，所述一次退火时所述晶锭的加热温度在400-2000℃，保持8-200h后缓慢降至常温；所述二次退火时所述晶片的加热温度在500-1800℃，保持16-180h后缓慢降至常温；所述三次退火时所述晶片的加热温度在600-1600℃，保持16-180h后缓慢降至常温。...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹琳，
申请(专利权)人：北京世纪金光半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11