一种大尺寸碳化硅衬底及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种大尺寸碳化硅衬底，所述碳化硅衬底的厚度小于400微米，弯曲度bow值不大于

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸碳化硅衬底及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料
，尤其涉及一种大尺寸碳化硅衬底及其制备方法。

技术介绍

[0002]第三代半导体材料是指以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，因此采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，适用于高电压、高频率场景，还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。
[0003]相比于Si，SiC具有10倍的击穿电场强度、3倍的禁带、2倍的极限工作温度和超过2倍的饱和电子漂移速率，此外SiC还具有3倍的热导率，这意味着3倍于Si的冷却能力。
[0004]碳化硅衬底主要有2大类型：半绝缘型和导电型。在半绝缘型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为4英寸。在导电型碳化硅市场，目前主流的衬底产品规格为6英寸。由此可见，目前，碳化硅产业中衬底仍以4
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6英寸为主。若将尺寸由6英寸提高至8英寸，SiC的单片面积将增大77.8％，可利用面积大大提高。并且，大直径衬底能够有效降低器件制备成本，以直径6英寸衬底为例，使用直径6英寸衬底相对直径4英寸衬底能够节省大约30％的器件制备成本。
[0005]碳化硅晶片作为半导体材料，最终要制作成半导体器件，例如SBD、MOSFET等，才能应用的日常工况中。半导体材料制备工序大部分为衬底制备、外延生长、器件制作、封装应用。其中，在器件工序中，现有碳化硅晶片用作器件时需要进入光刻机，但光刻机对弯曲度太大的晶片无法操作。因此，现有碳化硅单晶晶片对于弯曲度都希望尽可能的小，要求表面平整。
[0006]基于此，碳化硅衬底的厚度不能太薄，否则就不能控制其在外延、器件制作工序中的翘曲度(warp)、弯曲度bow值。目前行业通用的6英寸碳化硅衬底厚度为350微米左右，8英寸衬底厚度在500微米左右，并且由于目前碳化硅生长技术难度较大，单一晶体的长度较短，导致成本相对较高，制约其厚度的进一步降低，也制约其进一步大规模的应用。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种厚度较薄的大尺寸碳化硅衬底及其制备方法。
[0008]本专利技术提供了一种大尺寸碳化硅衬底，所述碳化硅衬底的厚度小于400微米，弯曲度bow值不大于
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1微米，且满足Y＝
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A/X，其中，X为厚度，Y为弯曲度bow值，A为300～8000，warp值不大于bow值绝对值的3倍。
[0009]优选的，所述碳化硅衬底的尺寸为6英寸，碳化硅衬底的厚度小于300微米，A为300～4000。
[0010]优选的，所述碳化硅衬底的尺寸为8英寸，碳化硅衬底的厚度小于400微米，A为400
～8000。
[0011]本专利技术还提供了一种大尺寸碳化硅衬底的制备方法，包括：
[0012]S1)将碳化硅晶体通过切割或剥离得到碳化硅晶片；
[0013]S2)将所述碳化硅晶片进行退火处理，得到退火处理后的晶片；
[0014]S3)采用凸形吸盘吸附退火处理后的晶片的第二表面，然后对退火处理后的晶片的第一表面进行单面研磨，得到单面研磨的晶片；
[0015]S4)将所述单面研磨的晶片进行退火处理，得到单面处理的晶片；
[0016]S5)采用表面平整的吸盘吸附单面处理的晶片的第一表面，然后对单面处理的晶片的第二表面进行研磨，得到研磨的晶片；
[0017]S6)将所述研磨的晶片进行退火处理，得到双面处理的晶片；
[0018]S7)将所述双面处理的晶片的第一表面进行化学机械抛光，得到大尺寸碳化硅衬底。
[0019]优选的，所述步骤S2)、步骤S4)与步骤S6)中退火处理的温度各自独立地为1000℃～1500℃；所述步骤S2)、步骤S4)与步骤S6)中退火处理的升温段的时间各自独立地为1.5～2.5h，高温段保持的时间各自独立地为4～6h。
[0020]优选的，所述步骤S3)中凸形吸盘的中心凸出5～40μm，且所述凸形吸盘的直径大于碳化硅晶片的直径；所述吸附的真空压为
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20～
‑
120kPa。
[0021]优选的，所述步骤S3)中单面研磨时砂轮的自转转速为1800～3000rpm；砂轮向下的给进速度为0.1～0.4μm/s；所述单面研磨具体为先进行粗磨再进行精磨；所述粗磨的砂轮颗粒度为500#～1000#；所述精磨的砂轮颗粒度为2000#～30000#；所述单面研磨的晶片的第一表面的粗糙度小于0.5μm。
[0022]优选的，所述步骤S5)中研磨时砂轮的自转转速为1800～3000rpm；砂轮向下的给进速度为0.1～0.4μm/s；所述研磨具体为先进行粗磨再进行精磨；所述粗磨的砂轮颗粒度为500#～100#；所述精磨的砂轮颗粒度为2000#～30000#；所述研磨的晶片的第二表面的粗糙度小于0.5μm。
[0023]优选的，所述化学机械抛光的抛光液包括磨料、氧化剂与水；所述磨料的质量为抛光液质量的15％～25％；所述磨料为氧化铝或氧化硅；所述氧化铝的粒径为80～400nm；所述氧化硅的粒径为40～300nm；所述抛光液中氧化剂的质量浓度小于等于7％；所述氧化剂为高锰酸钾。
[0024]优选的，所述化学机械抛光的压力为50～124kg；转速为100～120rpm；温度为45℃～50℃；抛光液的流量为40～60mL/min。
[0025]本专利技术提供了一种大尺寸碳化硅衬底，所述碳化硅衬底的厚度小于400微米，弯曲度bow值不大于
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1微米，且满足Y＝
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A/X，其中，X为厚度，Y为弯曲度bow值，A为300～8000，warp值不大于bow值绝对值的3倍。与现有技术相比，本专利技术一方面可提供更薄厚度的衬底，从而增加同等厚度SiC晶体产出晶片的数量，降低成本；另一方面，通过特定的几何外形及结晶的原子面弯曲保证下游外延、器件对晶片制作过程中的要求；第三方面提供低厚度衬底同时外形翘曲变化可以满足整个产业链的要求，也极大降低器件环节的减薄成本。
附图说明
[0026]图1为自由状态下碳化硅晶片的结构示意图；
[0027]图2为采用凸形吸盘吸附退火处理后的晶片的第二表面的结构示意图；
[0028]图3为对晶片的第一表面进行单面研磨的示意图；
[0029]图4为对晶片的第二表面进行研磨的示意图；
[0030]图5为得到的大尺寸碳化硅衬底的结构示意图；
[0031]图6为本专利技术提供的实施例中得到的碳化硅衬底TKR78CAW08的表面测试结果；
[0032]图7为本专利技术提供的实施例中得到的碳化硅衬底TKS73DEU10的表面测试结果。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸碳化硅衬底，其特征在于，所述碳化硅衬底的厚度小于400微米，弯曲度bow值不大于
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1微米，且满足Y＝
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A/X，其中，X为厚度，Y为弯曲度bow值，A为300～8000，warp值不大于bow值绝对值的3倍。2.根据权利要求1所述的大尺寸碳化硅衬底，其特征在于，所述碳化硅衬底的尺寸为6英寸，碳化硅衬底的厚度小于300微米，A为300～4000。3.根据权利要求1所述的大尺寸碳化硅衬底，其特征在于，所述碳化硅衬底的尺寸为8英寸，碳化硅衬底的厚度小于400微米，A为400～8000。4.一种大尺寸碳化硅衬底的制备方法，其特征在于，包括：S1)将碳化硅晶体通过切割或剥离得到碳化硅晶片；S2)将所述碳化硅晶片进行退火处理，得到退火处理后的晶片；S3)采用凸形吸盘吸附退火处理后的晶片的第二表面，然后对退火处理后的晶片的第一表面进行单面研磨，得到单面研磨的晶片；S4)将所述单面研磨的晶片进行退火处理，得到单面处理的晶片；S5)采用表面平整的吸盘吸附单面处理的晶片的第一表面，然后对单面处理的晶片的第二表面进行研磨，得到研磨的晶片；S6)将所述研磨的晶片进行退火处理，得到双面处理的晶片；S7)将所述双面处理的晶片的第一表面进行化学机械抛光，得到大尺寸碳化硅衬底。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2)、步骤S4)与步骤S6)中退火处理的温度各自独立地为1000℃～1500℃；所述步骤S2)、步骤S4)与步骤S6)中退火处理的升温段的时间各自独立地为1.5～2.5h，高温段保持的时间各自独立地为4～6h...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春俊，眭旭，郭钰，彭同华，杨建，
申请(专利权)人：北京天科合达半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：