一种碳化硅晶圆减薄的制作方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种碳化硅晶圆减薄的制作方法。

背景技术：

目前碳化硅功率器件大多是基于300-400μm厚度碳化硅晶圆制作的垂直型器件，如sbd二极管、mosfet、bjt、pin二极管、jfet、igbt等。过厚的基板造成了较高的衬底电阻，使得衬底压降占据了通态压降的较大比重，对于电压等级较小的器件其影响尤其显著，1200v等级及以下的碳化硅器件衬底电阻占通态电阻的比重可以达到30%-90%，因此碳化硅功率器件通常面临晶圆减薄。

由于碳化硅晶圆减薄后的翘曲度偏高，业界通常会把对减薄放在器件制造工艺的最后。如中国专利201710525097.1公开了一种超薄碳化硅芯片的制作方法，在完成正面器件后对碳化硅晶圆进行背面减薄，从初始的350μm减薄至80-120μm，再在背面激光退火制作背面电极以完成整个器件。也可以在完成正面器件后，完全去除或部分完全去除碳化硅外延以下碳化硅晶圆，或者刻蚀形成孔槽，再在背面制作欧姆接触电极以完成器件。上述方法中，减薄从实施效率上通常会选择砂轮研磨的方式，在实际研磨过程中，通常会在晶圆正面进行保护，如粘附托盘、蓝膜或uv膜等，砂轮在研磨背面时会施加纵向切向力，不可避免的造成晶圆正面器件的损伤，降低成品率。另外，如果完成器件的正面工艺后再进行减薄，为了保护正面工艺，不可避免地需要通过激光退火的方式制作背面电极的欧姆接触，增加成本以及工艺复杂度。

因此，随着碳化硅减薄技术的提升，出现了将晶圆减薄步骤提前的制造方法。如美国专利us20110233563，在碳化硅晶圆正面完成标记、离子注入和场氧后，通过研磨或刻蚀的方法将晶圆减薄至150-350μm，再通过快速退火的方式先后形成背面欧姆接触和正面肖特基接触，最后完善电极以完成器件。这样的流程更符合标准的碳化硅器件制程，同时可以解决上述问题，但由于减薄会造成碳化硅晶圆内部应力积压，接续的高温退火工序会导致应力释放造成基板翘曲，在其后的光刻工序中会由于ttv（totalthicknessvariation，整体平整度）及ltv（localthicknessvariation，区域平整度）前后差异过大导致与减薄前的图形难以完全匹配，对于小线条影响尤其显著，致使成品率下降。另外，减薄造成的基板ttv与ltv显著提升本身就是对光刻工序的巨大挑战。

因此，本发明人对此做进一步的研究，研发出一种碳化硅晶圆减薄的制作方法，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种碳化硅晶圆减薄的制作方法，实现对碳化硅晶圆的减薄，并保证制作过程中光刻图形的良好匹配，具有良好的工艺效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术解决方案是：

一种碳化硅晶圆减薄的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、对碳化硅晶圆进行清洁；

步骤二、在碳化硅晶圆的正面制作一层保护性薄膜；

步骤三、对碳化硅晶圆进行背面减薄；

步骤四、对减薄后的碳化硅晶圆进行清洁，并退火的方式制作一层牺牲氧化层；

步骤五、去除碳化硅晶圆正面的保护性薄膜和背面的牺牲氧化层。

优选的，在步骤一中，碳化硅晶圆为碳化硅外延片或碳化硅衬底片。

优选的，在步骤一中，碳化硅外延片的外延或者衬底为n型或p型，碳化硅衬底片的衬底为n型或p型。

优选的，在步骤二中，保护性薄膜为二氧化硅、氮化硅、碳膜。

优选的，在步骤二中，保护性薄膜的厚度范围是300-3000nm。

优选的，在步骤二中，保护性薄膜的沉积方式为pvd或cvd。

优选的，在步骤三中，通过研磨、湿法腐蚀或干法刻蚀进行背面减薄，减薄后碳化硅晶圆的厚度范围170-350μm。

优选的，在步骤五中，同时去除保护性薄膜和牺牲氧化层，或先去除保护性薄膜后再去除牺牲氧化层。

优选的，在步骤四中，牺牲氧化层采用炉管或rto生长，生长方式为湿氧或干氧，工艺温度范围在900℃-1300℃之间，时间范围在0.5-5h之间。

优选的，在步骤五中，去除方法为湿法腐蚀或刻蚀。

采用上述方案后，在减薄的目标厚度范围170-350μm内，本发明可以实现减薄后的碳化硅晶圆ttv＜15μm，符合目前碳化硅晶圆的市场规格。由于本发明采用特殊的减薄工艺，即正面保护层-减薄-牺牲氧化层-去除保护层和牺牲氧化层的减薄流程，使得本发明具有以下优点：

1．本发明将对碳化硅晶圆的减薄步骤放在标记制作之前，由于正面不存在任何已完成工艺，减薄研磨过程中正面只存在保护层（及外延层），故完全不存在研磨施加的纵向切向力对正面器件造成损伤的问题；

2．由于将减薄步骤提前，在后续的器件制造工艺中，可以实现先制作阴极欧姆接触，再制作阳极肖特基接触，这意味着背面的阴极欧姆接触可以采用与阳极肖特基接触一样的rta退火方式，从而避免激光退火工艺带来的成本与工艺复杂度提升；

3．本发明通过将对碳化硅晶圆的减薄步骤放在标记制作之前，并在减薄完成后立即通过高温牺牲氧化释放应力，可以实现后续所有光刻工艺是基于同一翘曲形貌的碳化硅晶圆展开，因此，不会存在由于减薄后翘曲导致的难以匹配减薄前光刻图形的问题。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是使用本发明方法的示意图。

标号说明保护性薄膜1牺牲氧化层2光刻标记3离子注入与激活退火4阳极欧姆接触与阴极欧姆接触5场氧6阳极肖特基接触7正面钝化保护8电极加厚9碳化硅晶圆10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作优选的详述。本发明所揭示的是一种碳化硅晶圆减薄的制作方法，如图1所示，一种碳化硅晶圆减薄的制作方法，包括以下步骤：步骤一、对碳化硅晶圆10进行清洁；步骤二、在碳化硅晶圆10的正面制作一层保护性薄膜1；步骤三、对碳化硅晶圆10进行背面减薄；步骤四、对减薄后的碳化硅晶圆10进行清洁，并退火的方式制作一层牺牲氧化层2；步骤五、去除碳化硅晶圆10正面的保护性薄膜1和背面的牺牲氧化层2，即获得减薄后的碳化硅晶圆10。

优选的，在步骤一中，碳化硅晶圆10为碳化硅外延片或碳化硅衬底片。碳化硅外延片包括衬底和外延。

优选的，在步骤一中，碳化硅外延片的外延或者衬底为n型或p型，碳化硅衬底片的衬底为n型或p型。

优选的，在步骤二中，保护性薄膜1为二氧化硅、氮化硅、碳膜。

优选的，在步骤二中，保护性薄膜1的厚度范围是300-3000nm。在此厚度下，可以保护晶圆在后续研磨与牺牲氧化工艺后ttv不会超过15um，同时可以避免晶圆正面被划伤。

优选的，在步骤二中，保护性薄膜1的制作方式为沉积，保护性薄膜1的沉积方式为pvd或cvd。

优选的，在步骤三中，通过研磨、湿法腐蚀或干法刻蚀进行背面减薄，减薄后碳化硅晶圆的厚度范围170-350μm。其中，研磨可以是直接研磨或加以载具研磨，如加以蓝宝石载盘、蓝膜、uv膜等载具。

优选的，在步骤四中，牺牲氧化层2采用炉管或rto（rapidthermaloxidation快速热氧化）生长，生长方式为湿氧或干氧，工艺温度范围在900℃-1300℃之间，时间范围在0.5-5h之间。牺牲氧化可以释放由研磨造成的晶圆内部应力，修复部分由于研磨导致的表面缺陷，使得晶圆翘曲控制在后续器件制造可接受的范围内（ttv<15um）。

优选的，在步骤五中，可以根据保护性薄膜1和牺牲氧化层2的特性选择不同的去除方法，例如，去除方法为湿法腐蚀或刻蚀。

优选的，在步骤五中，同时去除保护性薄膜和牺牲氧化层，或先去除保护性薄膜后再去除牺牲氧化层。在特定工艺下，如正面的保护性薄膜采用sio2或碳膜的情况下，在此步骤工艺时，碳化硅晶圆的正反两面均为sio2薄膜，可以采用同一种方式去除，采用此种方法这样大大简化生产工艺，降低了生产成本，有利于提高生产效率。

如图2所示，在本实施例中，制备sicjbs\mps器件为例，包括以下步骤：步骤一：碳化硅晶圆10选择n型4h-sic衬底（碳化硅衬底），其正面长有n型sic外延，整个碳化硅衬底初始厚度在350μm左右。对该碳化硅衬底进行rca清洗，即依次进行3号液（h2so4+h2o2）、1号液（nh4oh+h2o2）与2号液（hcl+h2o2）清洗。

步骤二、如图2-a所示，采用pecvd在碳化硅衬底正面制作一层保护性sio2薄膜（即保护性薄膜1），厚度为1000nm（纳米）。

步骤三、如图2-b所示，在碳化硅衬底的正面采用uv膜固定，以砂轮研磨的方式对碳化硅衬底的背面进行研磨，研磨后碳化硅衬底的厚度在200微米左右，研磨后用uv灯使uv膜分离，并有机清洗碳化硅衬底的正面（丙酮+ipa+qdr清洗）。

步骤四、如图2-c所示，采用牺牲氧化炉对碳化硅衬底进行高温氧化，在1000℃的温度下高温氧化2h，这将在碳化硅衬底的背面生长出一层sio2，即牺牲氧化层2。

步骤五、如图2-d所示，将碳化硅衬底放置于boe溶液（一种nh4f+hf溶液）中进行sio2去除，腐蚀时间为1h，即去除牺牲氧化层2，同时去除正面的保护性薄膜1。

步骤六、如图2-e所示，对目标碳化硅衬底进行光刻fem（focusenergymatrix，焦距能量矩阵）与pwq（工艺窗口认证），确定曝光条件，制作光刻标记。

步骤七、如图2-f所示，依次进行p型离子注入与激活退火4、阳极欧姆接触与阴极欧姆接触5、场氧6、阳极肖特基接触7、电极加厚9与正面钝化保护8工艺，完成整个器件。

本发明适用的器件除jbs/mps二极管，还原则上适用于所有晶圆减薄后具有增益效果的sic器件，包括并不限于所有sic垂直型器件，如sbd二极管、mosfet、bjt、pin二极管、jfet、igbt等，例如mosfet器件则在本步骤中开始制作mosfet器件结构。本发明通过正面保护层-减薄-牺牲氧化层-去除保护层和牺牲氧化层的方式，实现在器件制作初期就完成晶圆减薄并释放应力，且在170-350微米的目标厚度范围内采用本发明方法不会造成晶圆减薄后的ttv＞15μm，导致超出行业标准，对后续光刻工艺提供有效保障。另外，晶圆减薄的正面保护膜以及碳化硅晶圆的来料牺牲氧化，是业界碳化硅器件制造的常用工艺，因此，本发明不会提升工艺复杂度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。