[发明专利]一种氮化镓外延用硅片边缘加工工艺

说明书

本发明公开了一种氮化镓外延用硅片边缘加工工艺。硅单晶切片后通过1000目砂轮进行第一次粗倒角去除边缘切片加工的损伤，然后进行研磨和腐蚀，使硅片具备了较好的边缘质量；通过背封二氧化硅对表面进行保护，避免了第二次倒角时吸盘和砂轮造成的表面损伤和沾污，同时高温过程也释放了边缘的应力；采用2000目砂轮进行第二次精倒角，使倒角面幅达到最大并具备了更为精细的表面，通过50%氢氧化钾溶液轻腐蚀去除表面损伤和边缘应力，得到最佳的倒角边缘质量。本发明简单、易于实现，可有效提高硅单晶抛光片的倒角边缘区域质量。

技术领域

本发明涉及半导体材料加工技术，特别是涉及一种氮化镓外延用硅片边缘加工工艺。

背景技术

氮化镓具有高饱和电子速率和击穿电压及耐高温等特性，能被利用制作极其恶劣环境下运行的高温高频大功率电子器件(FET, HEMT )，应用于无线通讯(wirelessstation)、卫星通信等领域。特别是近十年来，以GaN为代表的宽禁带半导体材料与器件发展的十分迅猛并对信息科学技术的发展和应用起了巨大的推动作用。因此，GaN外延材料与器件的制备成了目前炙手可热的研究课题，国内各研究机构和大学把主要精力都集中在了外延技术研究和器件性能提升上面，作为最有前途的硅基氮化镓外延技术已经取得突破并应用于生产。而作为专用材料的硅衬底尤其是6英寸硅衬底材料，目前多依赖于进口。国内各大硅片厂商多专注于分立器件硅片和硅外延衬底片，对氮化镓外延的特殊性认识不足，缺乏相应的设计经验和统一的技术标准，严重制约了衬底的制备水平的提升。

目前，国内功率器件用氮化镓外延片主要问题多集中在抛光片的边缘区域，表现为边缘滑移线严重、边缘外延层回融、边缘机械损伤等，与外延前硅衬底抛光片的倒角边缘区质量有着直接的关系。一般倒角采用800#砂轮粗倒角+1500#砂轮精倒角加工而成，由于倒角后需要进行去除量50-60μm研磨，研磨时边缘撞击使得倒角边缘重新形成新损伤，倒角面幅减小100μm左右；再进行化学腐蚀时，由于倒角边缘区域为多个晶向晶面的组合体，腐蚀速率一致性较差，容易造成边缘机械损伤蚀坑放大、边缘倒角轮廓变尖锐，并且使得面幅进一步减小，进而使得抛光之后边缘区域质量变差。氮化镓高温外延后由于晶格失配严重、应力难以排解造成滑移线严重甚至裂片。如何减小倒角边缘的机械损伤、尽可能保证倒角面幅的最大值、释放边缘加工应力，成为氮化镓外延用硅衬底研制的难题。倒角边缘质量控制是一个涉及切片、滚圆、倒角、研磨、腐蚀、抛光等多工序的系统工程，仅仅靠改进倒角工艺是难以实现的，需要对整个加工工艺进行重新设计。

发明内容

鉴于现有技术状况，针对氮化镓外延用硅衬底的特殊性，本发明提供一种简单、有效、易于实现的高质量氮化镓外延用硅片边缘加工工艺。本发明通过粗倒角去除边缘切片加工的损伤，然后进行研磨和腐蚀，使硅片具备了较好的边缘质量；通过背封二氧化硅对表面进行保护，避免了两次倒角造成表面损伤和沾污，同时高温过程也释放了边缘的应力；进行第二次精倒角，使倒角面幅达到了初始倒角设计值并具备了更为精细的表面，通过轻腐蚀去除表面损伤和边缘应力，达到了最佳的表面质量。

本发明采取的技术方案是：一种氮化镓外延用硅片边缘加工工艺，其特征是：硅单晶切割成硅片后先进行第一次粗倒角加工，然后对硅片进行研磨、化学腐蚀，硅片在研磨、腐蚀之后采用背封二氧化硅作为表面保护层，然后进行第二次精倒角，精倒角之后采用碱溶液进行轻腐蚀，在保护表面不受沾污的同时最大限度的增加抛光片倒角面幅、避免边缘损伤的产生，其工艺为：

（1）、将硅单晶进行外径滚圆，滚圆直径：151.2±0.2mm。

（2）、将硅单晶进行多线切割，切片厚度：1100μm±20μm。

（3）、采用全自动倒角机对硅切片进行粗倒角，圈去除量0.2mm。

（4）、采用氧化铝粉进行双面研磨，研磨去除量为50±5μm。

（5）、采用酸腐蚀工艺进行双面腐蚀，腐蚀去除量为30±5μm。