平坦的SiC半導(dǎo)體基板的制作方法
【專利說明】平坦的SiC半導(dǎo)體基板
[0001] 相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年10月26日提交的美國臨時專利申請No. 61/719, 310和2013 年8月6日提交的美國專利申請No. 13/959, 896的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該兩份專利申請的名稱 均為"FLATSiCSEMICONDUCTORSUBSTRATE"(平坦的SiC半導(dǎo)體基板），它們的全部公開 內(nèi)容據(jù)此W引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 1.巧術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本公開設(shè)及半導(dǎo)體晶片的制造，更具體地講，設(shè)及由碳化娃制成的半導(dǎo)體晶片。 [000引2.相關(guān)巧術(shù)
[0006] 半導(dǎo)體巧片行業(yè)很大程度上的成功歸因于娃的天然性質(zhì)。該些性質(zhì)包括易于生長 自然氧化物（Si〇2)、其自然氧化物優(yōu)異的絕緣性W及相對容易制造娃晶片和娃晶片內(nèi)的器 件。例如，娃及其自然氧化物易于用濕法或干法等離子體蝕刻方法蝕刻。因此，已開發(fā)了用 于制造高純（99. 9999999%純）單晶和相對大的（300mm，同時450mm的制備正在進行中） 娃晶片的許多方法。娃晶片是用于制造供計算和功率電子器件用的巧片的主要材料。
[0007] 其他材料比如藍(lán)寶石、GaN(氮化嫁）、A1N(氮化侶）和SiC(碳化娃）表現(xiàn)出可用 于制造半導(dǎo)體器件諸如檢測器、光發(fā)射器和功率器件的性質(zhì)；然而，迄今為止，它們在主流 制造中的應(yīng)用因制造困難而受阻。一般來講，當(dāng)加工該些其他半導(dǎo)體材料時，無法采用標(biāo)準(zhǔn) 娃方法。例如，雖然純單晶娃可容易地用柴氏長晶法生長，但是該樣的生長方法無法用于生 長SiC。相反，必須采用高溫升華方法。相似地，由于SiC無法容易地蝕刻，因此無法輕易地 采用標(biāo)準(zhǔn)娃晶片切割技術(shù)來進行SiC晶片切割。
[0008] 在另一方面，高溫/高壓半導(dǎo)體電子器件可受益于SiC的天然性質(zhì)。例如，將SiC 用于超快、高壓肖特基二極管，M0SFET和大功率開關(guān)用高溫晶閩管，W及大功率LED。因此， 增加SiC的可用性可有助于開發(fā)此類半導(dǎo)體器件。例如，100mmSiC晶片的當(dāng)前制造遠(yuǎn)遠(yuǎn)落 后于柄準(zhǔn)300mm娃晶片。
[0009] 此外，在單晶碳化娃中，無法通過擴散而可靠地形成晶體管和二極管中的復(fù)雜滲 雜分布形狀。復(fù)雜幾何滲雜構(gòu)型必須使用離子注入通過用步進型光刻方法形成的微米/亞 微米幾何掩模來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)在半導(dǎo)體內(nèi)的目標(biāo)滲雜劑滲入所需的注入，必須將平坦的 基板用于光刻過程，特別是隨著器件的幾何尺寸增大時。
[0010] 一般來講，半導(dǎo)體基板的特征在于評估平坦度和粗趟度時的若干指標(biāo)。該些指標(biāo) 包括彎曲度、翅曲度、總厚度變化（TTV或全局背面指示讀數(shù)-GBIR)、局部厚度變化（LTV或 部位后表面基準(zhǔn)理想平面/范圍-SBIR)和部位正面最小二乘焦平面范圍（部位平坦度質(zhì) 量要求-SFQR)。（有關(guān)定義和計算，參見例如沈MIM1-1103、ASTMF657、ASTMF1390、ASTM F1530)〇
[0011] 除了為平坦的W外，基板在表面上還必須為光滑的且無機械損傷。該要求是強制 性的，作為器件制造方法的一部分，基板將被置于用來生長晶體薄膜的化學(xué)氣相沉積外延 過程中。隨著薄膜的生長，其復(fù)制在基板表面上呈現(xiàn)的晶體結(jié)構(gòu)。因此，在基板表面上過高 的粗趟度和機械損傷將會導(dǎo)致不良的膜質(zhì)量。
[0012] 制備平坦和光滑的基板最常用的方法設(shè)及一系列按順序的切割步驟W逐漸實現(xiàn) 高水平的平坦度和低粗趟度。每個拋光步驟使用越來越小的磨料顆粒將表面粗趟度降低到 目標(biāo)值。選擇具有經(jīng)策略性選擇的機械性質(zhì)的拋光墊，W控制會影響基板的最終波紋度的 "平整化長度"，并實現(xiàn)局部平坦度目標(biāo)。
[0013] 例如，在娃基板加工中，對晶片進行切片，然后用研磨或磨削方法處理W使得基板 的每個面平行，從而實現(xiàn)全局平坦度。但是，該些方法導(dǎo)致對基板表面大量的機械損傷，并 可導(dǎo)致基板彎曲度或翅曲度的增加。為了移除損傷，通常將娃晶片浸入用來蝕刻表面損傷 的化學(xué)溶液中。該方法（通常稱為銀傷移除）可使得基板表面的波紋度極高，并且必須應(yīng)用 后續(xù)平坦化方法。接下來，為了將基板帶到目標(biāo)厚度范圍，應(yīng)用一系列稱為巧料移除（stock removal)的工序。在娃加工中，巧料移除包括一個或若干個使用化學(xué)機械拋光方法的拋光 步驟，該些方法用于將基板的厚度有效降低到接近目標(biāo)厚度并降低波紋度。接下來，用更細(xì) 磨料的化學(xué)機械拋光方法、長平整化長度拋光墊并W小移除目標(biāo)值進一步拋光晶片，W便 實現(xiàn)所需的平坦度和粗趟度技術(shù)規(guī)格。雖然存在許多步驟，但從研磨/磨削到完成的過程 持續(xù)時間僅為幾個小時，并且其可得到具有滿足光刻目標(biāo)而需要的平坦度和粗趟度的娃晶 片，甚至在將CVD(化學(xué)氣相沉積）外延層施加到基板上之后也是如此。
[0014] 若干出版物描述了拋光娃晶片W實現(xiàn)對全局和局部平坦度的同時控制的方法。用 于娃晶片的該些方法之中最常見的是一系列切片、邊緣倒角、研磨或磨削、蝕刻、拋光，其中 拋光步驟是單面或雙面拋光-或按順序使用的該兩種類型。雙面拋光在US3691694中有所 描述。US6583050詳細(xì)描述了用于實現(xiàn)對娃晶片平坦度的控制的采用雙面拋光的方法。
[0015] 然而，由于其作為硬質(zhì)和耐化學(xué)性材料的性質(zhì)，單晶SiC的切割、研磨和拋光方法 訴諸于使用金剛石和金屬碳化物磨料來進行基板的初步成形。SiC的化學(xué)性質(zhì)使得對基板 進行蝕刻W移除粗切割相關(guān)表面損傷是不切實際的。當(dāng)對娃晶片進行拋光時，使用化學(xué)機 械拋光方法，并且材料的移除非常有效，因為拋光化學(xué)物質(zhì)可同時氧化蝕刻和磨蝕晶片。對 SiC采用化學(xué)增強機械拋光是不切實際的，原因是化學(xué)反應(yīng)速率非常慢并且與方法相關(guān)的 成本變得非常高。
[0016] 加工SiC所需的金剛石磨料與用于拋光娃基板的標(biāo)準(zhǔn)磨料相比非常貴。SiC拋光 時間相當(dāng)長，甚至用金剛石磨料也是如此-SiC的材料移除速率是相應(yīng)的娃基板過程的1/5 至1/20。實際上，SiC是用于切割和拋光娃晶片的磨料。低效的移除速率和昂貴的磨料使 得用該方法拋光SiC的成本極高，特別是在將制備平坦晶片的常規(guī)策略應(yīng)用于SiC時。
[0017] 為了滿足可接受SiC半導(dǎo)體器件的商業(yè)和經(jīng)濟要求，必須開發(fā)拋光SiC基板的創(chuàng) 新方法。必須實現(xiàn)W最低程度的磨料使用和最少的中間步驟切割和拋光SiC基板的有效方 法。拋光過程的持續(xù)時間必須對于高產(chǎn)量制造而言切實可行。拋光策略的總體性能還必須 實現(xiàn)通常將通過比如用于娃拋光中的批量化學(xué)蝕刻工序所獲得的晶片表面晶體質(zhì)量效益 (光滑且無損傷）。最后，拋光的基板必須適于外延方法，并且具有外延層的最終基板必須 滿足與制造電氣設(shè)備所需的光刻步驟相關(guān)的平坦度要求。
[0018] US8436366描述了將實現(xiàn)在外延和器件制造期間對晶片全局平坦度的控制的制 備SiC晶片的方法。該方法由W下步驟組成；SiC晶片切片，然后雙面磨削W調(diào)節(jié)平坦度， 用金剛石漿液雙面研磨w減小粗趟度，用金剛石漿液雙面機械拋光w進一步減小粗趟度，W及單面化學(xué)機械拋光。該方法敘述了目標(biāo)在于控制晶片的彎曲度和翅曲度的步驟順序， 但并未詳細(xì)描述影響晶片平坦度參數(shù)的步驟之間的相互影響，或每個步驟對最終晶片形狀 的影響，只是舉出雙面加工為關(guān)鍵的要素。該方法并未公開控制局部平坦度指標(biāo)或局部平 坦度/厚度指標(biāo)所產(chǎn)生的性能的手段。通過包括許多不同材料的移除步驟，結(jié)果將是高昂 的制造成本。該拋光的晶片被設(shè)計為具有平坦度性能偏差，W補償在半導(dǎo)體器件制造步驟 中可能發(fā)生的不期望的晶片彎曲。
[0019] 本發(fā)明出人意料的結(jié)果在于可W使用簡單的方法W良好的全局和局部平坦度W 及厚度拋光碳化娃晶片。該方法需要研磨或按順序的兩面磨削步驟W確立低全局和局部平 坦度值并設(shè)定厚度，且需要雙面拋光步驟W將粗趟度降低到可接受的值。本發(fā)明的關(guān)鍵特 征是使用大直徑的研磨和拋光設(shè)備同時地控制和維持局部和全局平坦度。不需要晶片蝕 刻即可實現(xiàn)平坦度或厚度控制，也無需使用蝕刻來移除機械損傷。在本發(fā)明的拋光晶片上 實現(xiàn)的全局和局部平坦度性能均可在用于將均方根粗趟度降低到較小的值的化學(xué)機械拋 光步驟之后，或者在執(zhí)行氣相蝕刻并將SiC外延膜層施加到拋光晶片的表面上之后得W維 持。作為拋光晶片制造策略的結(jié)果，最終的外延晶片具有有利的全局和局部平坦度性能，該 將產(chǎn)生更佳的實用性W制造具有大有效面積的半導(dǎo)體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 列入了W下
【發(fā)明內(nèi)容】
W提供本發(fā)明的一些方面和特征的基本理解。該
【發(fā)明內(nèi)容】
不 是本發(fā)明的詳細(xì)綜述，因此并非旨在特別指出本發(fā)明的關(guān)鍵或重要因素或劃定本發(fā)明的范 圍。其唯一目的是W簡化形式提出本發(fā)明的