一种碳化硅晶圆研磨抛光工艺

技术领域

本发明涉及碳化硅晶圆技术领域，具体为一种碳化硅晶圆研磨抛光工艺。

背景技术

碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料，具有高临界击穿电场强度、高饱和电子迁移率、高热导率等优点，在电力电子器件领域具有极大的材料优势，目前碳化硅晶圆生长技术已经取得了巨大进展，六英寸碳化硅衬底和外延已实现量产，中低压碳化硅二极管和MOSFET也有成熟产品，但是高制造成本仍是限制碳化硅器件应用的原因之一，从芯片制造角度降低成本主要通过提高碳化硅器件正向导通电流密度缩小芯片尺寸、提升工艺成熟度提高芯片良率来实现。

目前市场上大多数晶圆生产工艺在使用时还存在一些缺陷，比如清洗效果不好且干燥不均匀，而且可能会对晶圆造成损伤，此外，传统的研磨和抛光方法通常会导致表面微细刮痕、效率低下和表面粗糙度不佳等问题，同时，去除表面损伤层的过程也可能会对晶圆表面产生残留的划痕，因此，需要发明一种碳化硅晶圆研磨抛光工艺。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳化硅晶圆研磨抛光工艺，具备降低成本以及抛光和研磨效果更好等优点，解决了传统工艺成本较高且抛光和研磨效果不佳的问题。

(二)技术方案

为实现上述效率更高目的，本发明提供如下技术方案：一种碳化硅晶圆研磨抛光工艺，包含以下步骤：

S1首先，将碳化硅晶圆放入专用的清洗设备中，使用去离子水和酒精进行清洗，去除表面的灰尘和杂质；

S2将清洗后的碳化硅晶圆放入研磨机中，使用粗磨盘进行研磨，去除表面的大部分瑕疵；

S3将粗磨后的碳化硅晶圆再次放入研磨机中，使用精磨盘进行研磨，进一步提高表面质量，研磨后再次被清洗且进行干燥处理；

S4将精磨后的碳化硅晶圆放入抛光机中，使用抛光盘进行抛光，使表面达到镜面效果；

S5最后，将抛光后的碳化硅晶圆再次放入清洗设备中，使用去离子水和酒精进行清洗，去除抛光过程中产生的残留物，再次进行干燥处理。

优选的，清洗设备为超声波清洗机，超声波清洗机的频率为40kHz，超声波清洗机的功率为100W。

优选的，研磨机为行星式研磨机，且行星式研磨机转速为1000rpm，而行星式研磨机的研磨盘直径为300mm。

优选的，抛光机为磁力抛光机，且磁力抛光机转速为1500rpm，而磁力抛光机的抛光盘直径为200mm。

优选的，对碳化硅晶圆研磨面进行清洗并且干燥的干燥处理的时间为5分钟至10分钟，干燥温度为40℃至55℃。

优选的，对碳化硅晶圆研磨面进行二次清洗并且进行干燥，其干燥处理的时间为3分钟至5分钟，干燥温度为45℃至60℃。

优选的，所述行星式研磨机所使用的研磨液由氧化铝微粉、分散剂和水组成。

优选的，所述磁力抛光机所使用的抛光液是由氧化铈微粉、分散剂和水组成。

优选的，对碳化硅晶圆研磨面进行清洗和对碳化硅晶圆研磨面进行二次清洗均使用含氨水的过氧化氢清洗溶液和去离子水以及酒精进行清洗。

优选的，所述碳化硅晶圆研磨抛光工艺的S3和碳化硅晶圆研磨抛光工艺的S5中，均通过超声波清洗机，利用去离子水和酒精对碳化硅晶圆进行清洗。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种碳化硅晶圆研磨抛光工艺，具备以下有益效果：

1、该碳化硅晶圆研磨抛光工艺，通过超声波清洗机利用超声波的物理特性，使清洗液中的气体和微小颗粒产生震动，从而将它们从清洗液中分离出来，这个过程是通过高频振动产生超声波，将清洗液中的微小气泡迅速破裂，产生强烈的冲击波来实现的，这种冲击波能够将碳化硅晶圆表面的污垢、油脂、尘埃等杂质剥离下来，从而达到清洗的目的，通过使用超声波清洗机进行清洗，能够更加彻底地去除碳化硅晶圆表面的灰尘和杂质，提高研磨抛光效果，在在抛光过程中，将晶圆放置在转速1500rpm的抛光盘上，抛光盘直径为200mm，通过高速旋转和适当的抛光液，使晶圆表面达到镜面效果，提高产品的外观质量。

2、该碳化硅晶圆研磨抛光工艺，通过使用磁力抛光机的抛光轮在运转时可以产生磁场，吸附于所需抛光的碳化硅晶圆，使磨料不锈钢针对碳化硅晶圆表面产生一个滚压和微量的切削，这些步骤会让碳化硅晶圆表面光滑度提高，可以达到镜面效果，表面粗糙度在ra0.63微米以下，由于晶圆在工艺处理过程中可能会受到污染，如果晶圆含有水分，会加速其表面的氧化，造成质量问题，故而进行干燥处理，通过氧化铝微粉、分散剂和水组成的研磨液在光整时会粘附在碳化硅晶与磨料的外表，从而可以实现软化效果，即对碳化硅晶圆外表氧化膜的化学作用，使其软化，易于从外表研磨除掉，以进步研磨功率，且可以实现光滑作用，在研磨块和硅晶圆之间起光滑效果，然后得到光洁的外表，且具有缓冲效果，可以缓解硅晶圆的相互碰击，工艺中详细描述了清洗设备的频率、功率、研磨机的转速、研磨盘直径、抛光机的转速、抛光盘直径等参数，能够精确控制工艺条件，提高加工的一致性和稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的碳化硅晶圆研磨抛光工艺的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种碳化硅晶圆研磨抛光工艺，包含以下步骤：

S1首先，将碳化硅晶圆放入专用的清洗设备中，使用去离子水和酒精进行清洗，去除表面的灰尘和杂质；

S2将清洗后的碳化硅晶圆放入研磨机中，使用粗磨盘进行研磨，去除表面的大部分瑕疵；

S3将粗磨后的碳化硅晶圆再次放入研磨机中，使用精磨盘进行研磨，进一步提高表面质量，研磨后再次被清洗且进行干燥处理；

S4将精磨后的碳化硅晶圆放入抛光机中，使用抛光盘进行抛光，使表面达到镜面效果；

S5最后，将抛光后的碳化硅晶圆再次放入清洗设备中，使用去离子水和酒精进行清洗，去除抛光过程中产生的残留物，再次进行干燥处理。

在本实施例中：在碳化硅晶圆研磨抛光工艺的S2中，对晶圆片的两端的端点进行打磨，使晶圆片的端面变得平整光滑。

在本实施例中：在碳化硅晶圆研磨抛光工艺的S3中，得到符合直径规格的晶圆薄片，完成后进行简单的冲洗和干燥处理，为避免抛光剂在晶圆薄片表面形成二次划痕，可选用流动的纯净水作为抛光剂，以在抛光过程中起到润滑晶圆薄片表面的作用，同时还可避免摩擦温度过高而损坏晶圆薄片。

在本实施例中：在碳化硅晶圆研磨抛光工艺的S2中，完成后将晶圆薄片放入研磨机，通过研磨机中的磨片机对晶圆薄片的正反两面进行研磨，完成后进行冲洗和干燥处理。

在本实施例中：清洗通常使用有机物材质的清洗刷蘸取清洗液对晶圆片表面进行刷洗,传统技术中经研磨后的晶圆片表面上分布有不规则的划痕——实质上为尺寸较小的高低不同的沟壑，在与清洗刷反复摩擦过程导致刷头有碎屑脱落并粘附于晶圆片表面，形成不规则分布的凸起缺陷,然而，经抛光研磨后的晶圆片表面消除了研磨过程中在晶圆片表面形成的划痕，进而有效避免了刷头碎屑脱落并粘附于晶圆片表面。

在本实施例中：行星式研磨机是一种广泛应用的研磨设备，它采用行星运动方式，装有球磨罐，在转动过程中，罐内的磨球和材料相互碰撞、摩擦，实现粉碎、研磨、混合和分散样品的目的，而氧化铝微粉作为研磨介质，其硬度高，可以有效地研磨材料，分散剂则是用来防止样品团聚，湿磨时以水作为分散剂是非常常见的做法，此外，这种研磨液还可以根据需要进行配比调整，以满足不同材料的研磨需求。

在本实施例中：磁力抛光机是一种广泛应用于金属和非金属材料表面处理的设备，它利用超强的电磁力产生磁场力量，传导细小的研磨不锈钢针，这些针在高速跳跃流动和调头等动作中，对碳化硅晶圆表面进行摩擦，一次性达到抛光、清洗去除毛刺的效果，而抛光液由氧化铈微粉、分散剂和水组成，氧化铈微粉作为磨料，其硬度高且磨损性小，适合用于精细的抛光工作，分散剂则能保持抛光液的稳定性，防止磨料颗粒的团聚，此外，水的添加有助于提高抛光液的冷却效果和流动性，同时也能够清洗碳化硅晶圆表面，去除研磨过程中产生的切削屑，这种抛光液的使用和添加量需要根据实际的研磨需求和水质情况来调整。

在本实施例中：将待清洗的碳化硅晶片放入预清洗槽中，使用去离子水进行浸泡清洗，以去除表面附着的杂质和油污，然后，采用含有氨水的过氧化氢清洗溶液进行化学清洗，以去除晶圆表面的氧化物和有机物等杂质，最后，通过使用酒精进一步清洗，以去除可能残留的氨水和过氧化氢。

在本实施例中：首先将待清洗的碳化硅晶圆放入清洗槽中，然后将去离子水和酒精混合作为清洗液，倒入清洗槽中，开启超声波清洗机后，超声波换能器开始工作，将功率超声频源的声能转化为机械振动，通过清洗槽壁将超声波辐射到槽中的清洗液里，清洗过程中不仅考虑对晶圆表面的清洗，同时也要关注对晶圆侧面与背面的清洗，因为侧面与背面的颗粒和污染可能会转移到晶圆表面造成问题。

在使用时，通过超声波清洗机利用超声波的物理特性，使清洗液中的气体和微小颗粒产生震动，从而将它们从清洗液中分离出来，这个过程是通过高频振动产生超声波，将清洗液中的微小气泡迅速破裂，产生强烈的冲击波来实现的，这种冲击波能够将碳化硅晶圆表面的污垢、油脂、尘埃等杂质剥离下来，从而达到清洗的目的，通过使用超声波清洗机进行清洗，能够更加彻底地去除碳化硅晶圆表面的灰尘和杂质，提高研磨抛光效果，在在抛光过程中，将晶圆放置在转速1500rpm的抛光盘上，抛光盘直径为200mm，通过高速旋转和适当的抛光液，使晶圆表面达到镜面效果，提高产品的外观质量。

综上所述，通过使用磁力抛光机的抛光轮在运转时可以产生磁场，吸附于所需抛光的碳化硅晶圆，使磨料不锈钢针对碳化硅晶圆表面产生一个滚压和微量的切削，这些步骤会让碳化硅晶圆表面光滑度提高，可以达到镜面效果，表面粗糙度在ra0.63微米以下，由于晶圆在工艺处理过程中可能会受到污染，如果晶圆含有水分，会加速其表面的氧化，造成质量问题，故而进行干燥处理，通过氧化铝微粉、分散剂和水组成的研磨液在光整时会粘附在碳化硅晶与磨料的外表，从而可以实现软化效果，即对碳化硅晶圆外表氧化膜的化学作用，使其软化，易于从外表研磨除掉，以进步研磨功率，且可以实现光滑作用，在研磨块和硅晶圆之间起光滑效果，然后得到光洁的外表，且具有缓冲效果，可以缓解硅晶圆的相互碰击，工艺中详细描述了清洗设备的频率、功率、研磨机的转速、研磨盘直径、抛光机的转速、抛光盘直径等参数，能够精确控制工艺条件，提高加工的一致性和稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。