一种高效的碳化硅晶片的加工方法技术

本发明专利技术属于半导体材料加工技术领域，具体涉及一种高效的碳化硅晶片的加工方法，包括晶片倒角、双面机械研磨、砂轮抛光、双面化学机械抛光。本发明专利技术采用金刚石砂轮抛光衔接双面机械研磨和双面化学机械抛光，摒弃传统单面加工方法中的有蜡贴片程序，极大的优化了加工工艺流程，同时提高了晶片加工的自动化程度和精度，得到了低翘曲度、高表面质量的碳化硅晶片。该发明专利技术方法极大的简化了晶片加工流程，提高了加工效率，有利于商业化大规模生产。

An Efficient Processing Method for Silicon Carbide Wafers

The invention belongs to the field of semiconductor material processing technology, in particular to an efficient processing method of silicon carbide wafers, including wafer chamfering, double-sided mechanical grinding, grinding wheel polishing and double-sided chemical mechanical polishing. The invention adopts diamond grinding wheel polishing to connect double-sided mechanical grinding and double-sided chemical mechanical polishing, abandons the wax patch program in the traditional single-sided processing method, greatly optimizes the processing process, improves the automation degree and precision of wafer processing, and obtains silicon carbide wafers with low warpage and high surface quality. The invention greatly simplifies the wafer processing process, improves the processing efficiency, and is conducive to large-scale commercial production.

【技术实现步骤摘要】
一种高效的碳化硅晶片的加工方法
本专利技术属于半导体材料加工
，涉及一种高效的碳化硅晶片的加工方法，提高了碳化硅晶片晶片的加工质量和加工效率，有利于节约生产加工成本，适合产业化推广。
技术介绍
在信息技术快速发展的今天，半导体技术的革新扮演着愈加重要的角色。以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体，是继硅、砷化镓之后的第三代宽禁带半导体。与硅和砷化镓为代表的传统半导体材料相比而言，碳化硅在工作温度、耐击穿电压、抗辐射等方面性能具有非常大的优势。碳化硅已经成为目前发展最为成熟的宽禁带半导体材料，其高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优异性能可以满足现代电子技术对高温、高频、高功率以及抗辐射的新要求，因此碳化硅被看作是半导体材料领域最具有前景的材料之一。由于碳化硅生长技术难度较高，加工工艺复杂等因素导致市场出售的碳化硅晶片价格偏高，影响了碳化硅的市场应用和发展。因此，为了扩大碳化硅材料的应用，进一步降低碳化硅晶片的生产加工成本是必要的。碳化硅的莫氏硬度为9.5，与金刚石接近，故碳化硅材料的加工非常困难。鉴于碳化硅材料硬度高、脆性大，目前碳化硅加工效率普遍较低，加工周期较长，影响的碳化硅材料的规模化生产。目前市面销售产品为双面抛光产品，传统的碳化硅加工工艺为单面加工，包括晶片倒角、双面机械研磨、有蜡贴片、粗机械抛光、精机械抛光、晶片翻面贴片、粗机械抛光、精机械抛光、化学机械抛光，采用的单面加工厚重新上蜡贴片翻面加工的工艺程序复杂，加工周期长，不利于碳化硅晶片的商业化大规模生产；同时加工的晶片翘曲度（Warp）、总厚度变化（TTV）大，降低了下游的外延、器件制造的产品质量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高效的碳化硅晶片的加工方法，包括晶片倒角、双面机械研磨、砂轮抛光、双面化学机械抛光，加工工序简单，加工周期短，自动化程度高，效率高，晶片的翘曲度（Warp）和总厚度变化（TTV）小，最终加工的碳化硅晶片满足工业客户的使用要求。其中，砂轮抛光工序的砂轮刀头为以金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂制作而成。晶片通过真空吸附固定住，金刚石刀头高速旋转，在晶片表面进行抛光，同时加冷却液进行冷却。本专利技术方法的技术方案如下：（1）晶片倒角；（2）双面机械研磨，使用水基型金刚石抛光液，金刚石颗粒粒径为2-20μm，研磨压力为25-250g/cm2，研磨盘为铸铁盘，铸铁盘表面开槽，开槽间隔5-50mm，槽宽0.5-2mm，槽深0.5-10mm，研磨时间为1-4h；（3）砂轮抛光，采用全自动砂轮抛光设备，选择合适粒径的金刚石砂轮，对晶片两面进行打磨抛光，砂轮转速为500-3500rpm，磨削速度为0.1-5μm/min，磨削时间为0.5-20分钟；（4）双面化学机械抛光，使用酸性的抛光液，加入一定比例的氧化剂，调节抛光液的pH值为2-6，施加合适的抛光压力，抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫，抛光时间为0.5-5h。在本专利技术技术方案中，步骤（3）所述金刚石砂轮颗粒粒径为0.5-2μm或2-5μm或5-10μm的金刚石砂轮。在本专利技术技术方案中，步骤（3）砂轮抛光时先用5-10μm的金刚石砂轮，转速500-1500rpm，抛光时间1-5分钟；再用2-5μm的金刚石砂轮，转速1500-2500rpm，抛光时间3-10分钟；再用0.5-2μm金刚石砂轮，转速2500-3500rpm，抛光时间8-20分钟。在本专利技术技术方案中，步骤（4）所述抛光液为氧化铝抛光液或氧化硅抛光液或氧化铈抛光液。在本专利技术技术方案中，步骤（4）所述抛光液中磨粒的质量分数为1%-10%或10%-30%或30%-50%。在本专利技术技术方案中，步骤（4）所述抛光液中磨粒的粒径为30-100nm或100-200nm。在本专利技术技术方案中，步骤（4）所述氧化剂为高锰酸钾或次氯酸钠或双氧水。在本专利技术技术方案中，步骤（4）所述抛光液与氧化剂的体积比为1：（0.1~20）。在本专利技术技术方案中，步骤（4）所述聚氨酯类抛光垫的邵氏硬度为60-96。本专利技术提供了一种高效、快速的碳化硅晶片加工方法，与传统的晶片加工方法相比，通过本专利技术方法，可以大大缩短碳化硅晶片的加工时间，提高晶片加工的质量，加工后碳化硅晶片的面型可以达到TTV（总厚度变化）≤4μm，LTV（局部厚度变化）≤2μm，Bow（弯曲度）≤15μm，Warp（翘曲度）≤15μm，Rms（表面粗糙度）<0.1nm，晶片表面无肉眼可见缺陷。附图说明图1为本专利技术的加工方法的工艺流程示意图。图2为采用本专利技术的加工方法进行加工后碳化硅晶片的总厚度变化图。图3为采用本专利技术的加工方法进行加工后碳化硅晶片的翘曲度图。图4为采用本专利技术的加工方法进行加工后碳化硅晶片Si面的AFM结果图。图5为采用本专利技术的加工方法进行加工后碳化硅晶片C面的AFM结果图。图6为采用本专利技术的加工方法进行加工后碳化硅晶片Si面的CandelaCS920结果图。具体实施方式实施例1一种高效的碳化硅晶片的加工方法，其具体步骤如下：（1）晶片倒角；（2）倒角后的晶片进行双面研磨，使用水基型金刚石抛光液，金刚石颗粒粒径为5μm，研磨压力为115g/cm2，研磨盘为铸铁盘，铸铁盘表面开槽，开槽间隔10mm，槽宽1mm，槽深10mm，研磨时间为3.5h；（3）采用全自动砂轮抛光设备，对晶片两面进行打磨抛光，先用5μm的金刚石砂轮，转速1500rpm，磨削速度为3μm/min，抛光时间3分钟；再用2μm的金刚石砂轮，转速2500rpm，磨削速度为1.5μm/min，抛光时间6分钟；再用1μm金刚石砂轮，转速3000rpm，磨削速度为0.2μm/min，抛光时间15分钟；（4）砂轮抛光后的碳化硅晶片进行双面化学机械抛光，使用酸性的氧化铝抛光液，加入一定比例的高锰酸钾溶液，调节抛光液的pH值为3，抛光压力为500g/cm2，抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫，抛光时间为3h。所述的氧化铝抛光液的质量分数为3%，粒度为105nm。所述的氧化铝抛光液与高锰酸钾的体积比为1：1。所述的聚氨酯抛光垫的邵氏硬度为92。加工后晶片的总厚度变化如图2，翘曲度如图3所示，Si面、C面的AFM结果图如图4、5所示，CS920测试结果如图6所示，表明本专利技术方法加工晶片具有较好的加工质量。实施例2一种高效的碳化硅晶片的加工方法，其具体步骤如下：（1）晶片倒角；（2）倒角后的晶片进行双面研磨，使用水基型金刚石抛光液，金刚石颗粒粒径为3μm，研磨压力为160g/cm2，研磨盘为铸铁盘，铸铁盘表面开槽，开槽间隔10mm，槽宽1mm，槽深10mm，研磨时间为3h；（3）采用全自动砂轮抛光设备，对晶片两面进行打磨抛光，先用10μm的金刚石砂轮，转速1000rpm，磨削速度为5μm/min，抛光时间2分钟；再用3μm的金刚石砂轮，转速2000rpm，磨削速度为2μm/min，抛光时间8分钟；再用1μm金刚石砂轮，转速3000rpm，磨削速度为0.3μm/min，抛光时间12分钟；（4）砂轮抛光后的碳化硅晶片进行双面化学机械抛光，使用酸性的氧化硅抛光液，加入一定比例的高锰酸钾，调节抛光液的pH值为4，抛光压力为300g/cm2，抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫，抛光时间为3h。所述的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效的碳化硅晶片的加工方法，包括下述步骤：（1）晶片倒角；（2）双面机械研磨，使用水基型金刚石抛光液，金刚石颗粒粒径为2‑20μm，研磨压力为25‑250 g/cm2，研磨盘为铸铁盘，铸铁盘表面开槽，开槽间隔5‑50mm，槽宽0.5‑2mm，槽深0.5‑10mm，研磨时间为1‑4h；（3）砂轮抛光，采用全自动砂轮抛光设备，选择一定粒径的金刚石砂轮，对晶片两面进行打磨抛光，砂轮转速为500‑3500rpm，磨削速度为0.1‑5μm/min，磨削时间为0.5‑20分钟；（4）双面化学机械抛光，使用酸性的抛光液，加入一定比例的氧化剂，调节抛光液的pH值为2‑6，施加一定的抛光压力，抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫，抛光时间为0.5‑5h。

【技术特征摘要】
1.一种高效的碳化硅晶片的加工方法，包括下述步骤：（1）晶片倒角；（2）双面机械研磨，使用水基型金刚石抛光液，金刚石颗粒粒径为2-20μm，研磨压力为25-250g/cm2，研磨盘为铸铁盘，铸铁盘表面开槽，开槽间隔5-50mm，槽宽0.5-2mm，槽深0.5-10mm，研磨时间为1-4h；（3）砂轮抛光，采用全自动砂轮抛光设备，选择一定粒径的金刚石砂轮，对晶片两面进行打磨抛光，砂轮转速为500-3500rpm，磨削速度为0.1-5μm/min，磨削时间为0.5-20分钟；（4）双面化学机械抛光，使用酸性的抛光液，加入一定比例的氧化剂，调节抛光液的pH值为2-6，施加一定的抛光压力，抛光垫为聚氨酯类结构的抛光垫，抛光时间为0.5-5h。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：步骤（3）所述金刚石砂轮颗粒粒径为0.5-2μm或2-5μm或5-10μm。3.根据权利要求1所述的加工方法，步骤（3）中对晶片表面采用砂轮抛光时特征在于：先用5-10μm的金刚石砂轮，转速500-1500rpm，抛光时间1-5分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡振立，刘春俊，彭同华，
申请(专利权)人：北京天科合达半导体股份有限公司，新疆天科合达蓝光半导体有限公司，北京天科合达新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11