[发明专利]一种高效改变SiC衬底形状的方法

说明书

本发明涉及一种高效改变SiC衬底形状的方法，该方法包括采用双面研磨机对切割后的晶片进行双面研磨；清洗后采用双面抛光机将清洗完毕的晶片置于抛光机中进行双面机械抛光，如果双面机械抛光之后的晶片形状相对于目标形状为劣，且Bow＞15um，对晶片进行补充性单面机械抛光，最后将机械抛光后的晶片，对硅面或者碳面进行化学机械抛光，得到均匀凹陷或凸起的SiC衬底。本发明通过特定的研磨机抛光时晶片朝向以及上下盘转速，突破了非极性半导体加工的局限性，在保证SiC衬底表面高平整度和低表面粗糙度的前提下，可以将衬底形状快速加工至均匀凹陷或凸起，有效缩减了传统加工的繁琐步骤，并能提高抛光液寿命从而节约加工成本。

技术领域

本发明涉及一种高效改变SiC衬底形状的方法，属于半导体材料加工技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)是第三代宽禁带半导体的典型代表，是制备射频高功率器件的基础材料。一直以来，在SiC衬底上异质外延生长GaN是制备先进射频器件的关键技术，但伴随着半导体产业的发展，行业内对于衬底的要求不仅停留在传统意义上的材料与质量，而且对于衬底的表面形状提出了更为严苛的要求，其中包括制备出表面均匀凹陷或凸起面形的衬底，以满足异质外延或同质外延的统一性和产品良率。

SiC是莫氏硬度高达9.2的超硬材料，使用传统加工流程加工，材料去除率低，而且面型参数较差，很难保证衬底形状满足外延要求，因此碳化硅衬底表面形状的加工是目前半导体精密加工需要解决的难点。外延工艺使用的气态反应物对于衬底的表面形状要求很高，即便表面只有微米级别的偏差，也会造成沉积物不均匀以及外延一致性差等相关问题。通常，如果衬底的硅面具有均匀凹陷的形状，可以有效提升异质外延的波长命中率，并能够降低波长标准差(PLSTD)；如果衬底碳面具有均匀的凹陷形状(硅面具有均匀凸起的形状)，则可以提升同质外延SiC薄膜的晶体质量，降低基平面位错的数量，提升高压二极管的稳定性。因此，实现特定的衬底形状加工对实现半导体材料和器件领域高质量发展具有重要意义。

目前，国内关于SiC衬底形状的报道较少，一部分原因是SiC是新型的宽禁带半导体，国内相关产业和技术还处在摸索阶段；另一个原因是SiC是典型的极性晶体，与传统的非极性晶体如Si衬底、蓝宝石衬底的物理性质和加工技术存在许多差异。以蓝宝石衬底为例，衬底的上下两个表面具有相同的原子结构，因此不具备晶体极性，上下表面的物理性质完全相同；而对于SiC衬底来说，其上下表面分别由碳原子层和硅原子层所构成，诸多研究表明晶体的极性会显著影响衬底的性质，例如碳面与硅面相比具有硬度低、在抛光过程中去除速率快等性质。总之，由于SiC的上下表面具有晶体极性，导致SiC衬底的加工要比传统半导体更为复杂，因此，传统的非极性晶体衬底的加工不能适用于极性衬底，如中国发明专利(CN110718450A(CN201910946953.X)公开了一种制备蓝宝石碗型衬底的办法，利用双面研磨和退火等工序制备碗型晶片，但加工流程繁琐，只能制备一种形状的衬底，并且不能适用于极性衬底的加工。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高效改变SiC衬底形状的方法，本发明考虑并利用了SiC衬底的表面极性，突破了非极性半导体加工的局限性，在保证SiC衬底表面高平整度和低表面粗糙度的前提下，可以将衬底形状快速加工至均匀凹陷或凸起，有效缩减了传统加工的繁琐步骤，并能提高抛光液寿命从而节约加工成本。

术语说明

1方向上终止于碳原子层的表面。

硅面(Si面)：是指碳化硅衬底在0001方向上终止于硅原子层的表面。

Bow：本申请中Bow指衬底的弯曲度；

Warp：本申请中Warp指晶片的翘曲度；

表面损伤层：衬底表面形成一定厚度的与正常晶格结构不一样的变质层；

表面台阶：衬底的表面损伤层被完全去除后裸露出来的原子结构。

本发明是通过如下技术方案实现的：