[发明专利]一种降低碳化硅晶片翘曲度、弯曲度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低碳化硅晶片翘曲度、弯曲度的方法，特别涉及在晶片研磨抛光后进一步降低碳化硅晶片翘曲度、弯曲度的方法。该方法通过在晶片上足够大的机械应力，使其达到期望小的翘曲度、弯曲度；同时进行高温退火处理，以使晶片的形变保留下来，从而降低碳化硅晶片翘曲度、弯曲度。

背景技术

碳化硅(SiC)材料由于具有宽带隙、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。与Si和GaAs传统半导体材料相比，SiC具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优异性能，在高温、高频、高功率及抗辐射器件方面拥有巨大的应用前景。

目前生长SiC晶体的方法主要有物理气相传输法、高温化学气相沉积法、液相法等。其中物理气相传输法(PVT)是发展最成熟的，这种方法被世界上绝大多数研究机构和公司所采用。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。SiC原料放置在石墨坩埚底部，SiC籽晶处于石墨坩埚顶部。通常采用c面作为生长面进行SiC晶体生长。通过调节保温，使得SiC原料处温度较高，而籽晶处温度较低。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。在物理气相传输法中需要控制的主要工艺参数包括生长温度、温度梯度、生长面与料面间距以及惰性气体压力等。

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。

通常，研磨分为粗磨和精磨，粗磨主要是去除切割的刀痕及切割引起的加工变质层.精磨主要是去除粗磨留下的加工损伤层，并改变表面粗糙度。用不同粒度的碳化硼和金刚石的混合物研磨后，表面粗糙度不同，随着磨料粒径的减小，表面粗糙度也会降低。

碳化硅的应用要求晶片表面超光滑、低翘曲度、低弯曲度。碳化硅晶片的表面质量和精度的优劣，直接影响到器件的性能。由于SiC的莫氏硬度为9.2，仅次于金刚石，晶体的切割和研磨抛光难度相当大。并且，加工完晶片较薄，厚度通常在250um-500um之间，其抗弯曲、翘曲变形的能力发生了极大地降低，因此，研磨抛光后晶片的面形很难保证。

由于这些原因，常规的研磨、抛光后SiC晶片具有高的翘曲度、弯曲度。“翘曲度”(Warp)定义为从参考平面所测的晶片表面的最小值和最大值的差，差值包括凸凹的变化。“弯曲度”(Bow)是从晶片的中心所测的晶片凹凸或者变形，与厚度比变化无关。这种高的翘曲度、弯曲度给整个后续外延生长带来很大的不便；甚至在器件制作过程中，晶片在被吸在真空吸盘上时会产生很大应力，导致晶片破裂。

因此，希望开发出一种方法用以降低碳化硅晶片的翘曲度、弯曲度，特别是降低研磨抛光后碳化硅晶片的翘曲度、弯曲度。

发明内容

本发明提供了一种降低碳化硅晶片翘曲度、弯曲度的方法，特别涉及在晶片研磨抛光后进一步减小碳化硅晶片翘曲度、弯曲度的方法。

该方法具体包括：将晶片固定，在晶片上施加足够的机械应力使晶片产生向平整度减小方向的变形，使晶片达到期望小的平整度；同时，将晶片加热到的足够高的温度，进行退火并保持足够长时间，以使其晶格发生滑移、重排，从而将晶片的形变保留下来，达到所获晶片具备足够小的翘曲度、弯曲度。

进一步，施加在晶片上机械应力的方向为使晶片发生向翘曲度、弯曲度减小，施加机械应力的大小为使晶片达到期望小的翘曲度、弯曲度。

更进一步，加热温度为范围为高于使碳化硅晶片发生高温重排要求的温度，低于在环境条件下碳化硅晶片发生不利的升华温度，从而在热力学上使晶片中的晶格发生滑移、重排；在该温度条件下保持足够时间，时间为高于晶格发生充分地滑移、重排需要的时间；以及以缓慢冷却速度降至常温。

更进一步，施加期望机械应力的方法包括将晶片放于具备足够小平整度表面的两夹板之间，对平板施加机械压力，从而使晶片按照夹板的表面产生形变。平板的平整度小于2um，优选小于0.5um。

更进一步，施加期望机械应力的方法包括将晶片放于具备与晶片翘曲相反的表面的两夹板之间，对平板施加机械压力，从而使晶片按照夹板的表面产生形变。