[发明专利]一种获得大尺寸碳化硅单晶片高加工精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明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，本发明的技术方案如下：

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。

本发明经过三次退火后的晶片TTV＜10um，Bow＜±10um，Warp＜10um。

具体实施方式

下面对本发明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。