使SiC表面平坦化的方法与流程

本申请涉及sic衬底，特别是使sic衬底的粗糙表面平坦化。

背景技术

在sic晶片从sic晶体机械分离之后，sic晶片的表面具有高表面粗糙度，其不适合于制造电子器件。在sic晶片改造（reclaim）工艺中也关注表面粗糙度，所述sic晶片改造工艺牵涉使sic晶片分裂/裂开而不是仅仅在sic薄晶片工艺的框架之内研磨晶片。在裂开工艺之后，能够预期在几µm（例如，在1与5µm之间的平均峰谷距离）或更大（例如，在5与15µm之间的平均峰谷距离）的范围中的表面粗糙度。粗糙表面通常被抛光以实现期望的表面质量。用于使从sic晶体机械分离之后的sic晶片的粗糙表面平坦化的常规途径包括执行一系列机械和化学机械抛光（cmp）步骤直到达到最终表面质量。然而，由于sic的可与金刚石相比的非常高的硬度，这个程序是一个困难且高成本的工艺。

技术实现要素：

在本文中描述的实施例提供了用于使sic衬底的粗糙表面平坦化的成本有效且不太复杂的工艺。

根据使sic衬底的粗糙表面平坦化的方法的实施例，所述方法包括：在sic衬底的粗糙表面上形成牺牲材料，所述牺牲材料具有在sic衬底的密度的35%与120%之间的密度；穿过牺牲材料并且向sic衬底的粗糙表面中注入离子以在sic衬底中形成非晶区；以及通过湿法刻蚀去除牺牲材料和sic衬底的非晶区。

本领域技术人员在阅读下面的详细描述时以及在查看附图时将认识到附加的特征和优点。

附图说明

绘图的元件未必相对于彼此成比例。相似的参考数字指定对应类似的部分。各种图示的实施例的特征可以组合，除非它们互相排斥的话。在绘图中描绘实施例，并且在下面的描述中详述所述实施例。

图1a至1e图示通过湿法化学刻蚀来使sic衬底的粗糙表面平坦化的方法的实施例。

图2a至2d图示平坦化工艺的第二次循环。

图3a和3b图示用于确保去除在sic衬底的粗糙表面处或附近的差结晶质量的区的干法刻蚀工艺的实施例。

图4a和4b图示用于确保去除在sic衬底的粗糙表面处或附近的差结晶质量的区的湿法刻蚀工艺的实施例。

图5a和5b图示用于确保在通过湿法化学刻蚀而使粗糙表面平坦化之后去除在sic衬底中的差结晶质量的区的湿法刻蚀工艺的实施例。

图6a至6e图示使sic衬底的粗糙表面部分平坦化、之后通过湿法化学刻蚀来使粗糙表面完全平坦化的实施例。

图7图示用来在sic衬底的粗糙表面处形成非晶区（随后通过湿法化学刻蚀将其去除）的倾斜离子束注入工艺的实施例。

图8图示使sic衬底的粗糙表面至少部分平坦化的又另一实施例。

具体实施方式

在本文中描述的实施例提供用于使sic衬底的粗糙表面平坦化的有效工艺。该工艺牵涉损坏sic衬底的粗糙表面以使得该粗糙表面变得可湿法化学刻蚀。然后通过湿法化学刻蚀来去除sic衬底的被损坏的区，所述湿法化学刻蚀与常规机械和cmp处理相比将显著更少的应力给与sic衬底上、花费更少并且提供良好限定的刻蚀停止。

使用离子注入工艺来损坏sic衬底的粗糙表面，其中穿过形成在粗糙表面上的牺牲材料来注入离子。选择具有在sic衬底的密度的35%与120%之间的密度的牺牲材料。这样，牺牲材料的离子停止功率在sic衬底的离子停止功率的35%与120%之间。作为结果，注入到sic衬底中的离子的范围的端部变化至多+/-20%。如果牺牲材料的密度被选择成相对靠近或者甚至匹配sic衬底的密度，例如在sic衬底的密度的90%与110%之间、95%与105%之间、98%与102%之间等，则注入的离子的范围的端部跨sic衬底将是普遍均匀的。通过湿法化学刻蚀去除sic衬底的被损坏的部分以产生大体平坦的表面以用于随后的器件制造。能够重复该工艺一次或多次以产生充分平坦的表面。

图1a至1e图示使sic衬底的粗糙表面平坦化的方法的实施例。

图1a示出具有粗糙表面102的sic衬底100的部分。sic衬底100优选地具有适合于电子器件制造的多形体（多形体），诸如但不限于2h-sic、4h-sic或6h-sic。可以通过分裂sic晶片来形成sic衬底100，其中sic衬底100的粗糙表面102起因于该分裂工艺；可以通过薄化sic晶片来形成sic衬底100，其中sic衬底100的粗糙表面102起因于该薄化工艺，或者可以通过锯切sic晶锭来形成sic衬底100，其中sic衬底100的粗糙表面102起因于该锯切工艺。粗糙表面102由许多峰104和谷106构成，并且可以具有在1与5μm之间、在5与15μm之间或者甚至更大的平均峰谷距离。在图1a中图示的衬底100的部分的最大峰谷距离被标注dmax。sic衬底100的粗糙表面102需要平坦化以适合于制造电子器件。

图1b示出在sic衬底100的粗糙表面102上形成牺牲材料108之后的sic衬底100。牺牲材料108具有在sic衬底100的密度的35%与120%之间的密度。这样，牺牲材料108的离子停止功率在sic衬底108的离子停止功率的35%与120%之间。牺牲材料108提供sic衬底100的粗糙表面102的非保形覆盖，以使得在粗糙表面102的峰106之间的谷104被牺牲材料108填充。示例组成，其能够提供sic衬底100的粗糙表面102的非保形覆盖并且具有在sic的密度的35%与120%之间的密度，包括但不限于：聚合物、抗反射涂层、光致抗蚀剂、旋涂式玻璃以及高密度等离子体化学气相沉积（hdp-cvd）氧化物。牺牲材料108可以包括这些组成中的一个或多个或者具有相似的密度特性的其他组成。

图1c示出在可选平坦化工艺之后的sic衬底100。牺牲材料108的形貌将在图1d中示出的随后离子注入工艺期间传递到底下的sic衬底100。照此，如果牺牲材料108的背对sic衬底100的（顶）表面110具有大于sic衬底100的最终粗糙度目标的表面粗糙度，则可以执行可选平坦化工艺以使牺牲材料108的顶表面110成形具有期望的平面性。可以使用任何标准平坦化工艺，诸如但不限于机械抛光、cmp等。牺牲材料108具有低于sic的硬度，并且因此能够使用任何标准平坦化工艺来容易地使其平坦化。一些牺牲材料能够以相对平坦的方式来施加，以使得可以跳过所述可选平坦化工艺。例如，取决于材料的黏性，可以以相对平坦的方式来施加旋涂式玻璃和其他旋涂式组成。

图1d示出穿过牺牲材料108并且向sic衬底100的粗糙表面102中注入离子112以形成非晶化区114。主要由牺牲材料108的最外表面110的形貌来确定sic衬底100中的期望离子注入深度，所述最外表面110相比于sic衬底100的粗糙表面102较不粗糙。离子注入能量，其规定渗透深度，被选择以使得sic衬底100在下至图1d中的虚线的范围中被非晶化，所述虚线指示通过离子注入工艺形成的非晶区的底部。例如，sic衬底100可以具有2微米（μm）的平均峰谷表面粗糙度，其中变化在1.5与2.5μm之间。相应地选择离子注入能量，例如以确保在sic衬底中2.5微米的最坏情况/安全裕度处的非晶浓度的离子。在一个实施例中，在对于磷离子的1mev的离子能量下，牺牲材料108具有某一离子注入物渗透深度（注入物分布的峰），所述离子注入物渗透深度比sic的高150%、或高100%、或高50%，或者比sic的低20%或50%。能够通过测量工艺，例如使用能够准确校准sic晶片的表面粗糙度的任何标准工具（诸如触针）来核实sic衬底100的粗糙表面的最大峰谷值，从而核实离子注入能量。

在图1d中的虚线以下，注入的离子的浓度使得sic衬底100不被非晶化。在sic衬底100中，离子可以是电活性或者钝性的（inactive）。在电活性离子种类的情况下，sic衬底100的由图1d中的上虚线和下实线划定界线的区116在使sic衬底100退火以激活该区中的离子之后变成导电区。该区116的导电类型（p或者n）取决于离子种类的类型，并且能够形成随后要从sic衬底100制造的电子器件的一部分。适合于在sic中导致非晶化损坏的离子种类的示例包括但不限于铝、氩、砷、氮、氧、磷、硼、硅、碳和锗。

图1e示出在通过湿法刻蚀去除牺牲材料108和sic衬底100的非晶区114从而产生经平坦化的顶表面118之后的sic衬底100。取决于所使用的牺牲材料的类型，牺牲材料108和sic衬底100的非晶区114能够通过相同的刻蚀溶液或者通过不同的刻蚀溶液来去除。选择用于牺牲材料108的刻蚀化学物质取决于牺牲材料108的组成。

在一个实施例中，通过在氢氟酸、硝酸、四甲基氢氧化铵或氢氧化钾的溶液中刻蚀sic衬底100来去除sic衬底100的非晶区114。sic衬底100的非晶区114能够通过湿法化学刻蚀来去除，然而未损坏的sic不能，这提供清楚限定的刻蚀停止。在图1a至1e中图示的工艺提供了使用湿法刻蚀工艺进行的对非常硬材料（sic）的平坦化，所述湿法刻蚀工艺与常规平坦化技术相比成本更低且更易于实施。作为一个特定的非限制性示例，sic衬底100可以具有大约0.5μm的平均峰谷表面粗糙度，其被大约0.75μm总厚度的旋涂式涂层覆盖。接下来，在大约1.5mev的能量下，用大于1e14cm-2或大于3e14cm-2或甚至大于5e14cm-2的剂量将非晶化原子注入到sic衬底100中大约1.5μm的深度。然后利用标准湿法刻蚀工艺来去除旋涂式材料，并且（例如以0.15µm/h）将sic衬底100向下湿法化学刻蚀至非晶化区114的范围的端部。

因为牺牲材料108的离子停止功率在sic衬底100的离子停止功率的35%与120%之间，并且因为牺牲材料108比sic衬底100的粗糙表面102更平坦，所以通过图1d中图示的离子注入工艺而形成在sic衬底100中的非晶区114的底部比sic衬底100的粗糙表面102更平坦。非晶区114的底部处的平面性的程度取决于牺牲材料108和sic衬底100的离子停止功率中的差异。例如，在牺牲材料108和sic之间的20%离子停止失配下，在图1a至1e中图示的第一遍工艺之后，sic衬底100的表面粗糙度被减小至最初表面粗糙度的1/5。

图2a至2d图示其中至少另外一次重复平坦化工艺的实施例，例如如果第一遍平坦化工艺没有产生期望的最终表面粗糙度的话。

图2a示出在完成第一遍平坦化工艺之后的sic衬底100。在通过湿法刻蚀去除第一牺牲材料108和sic衬底100的第一非晶区114之后，sic衬底100具有剩余（不期望的）表面粗糙度。

图2b示出在具有剩余粗糙度的sic衬底100的表面102上形成新（附加）牺牲材料200之后的sic衬底100。新牺牲材料200具有在sic衬底100的密度的35%与120%之间的密度，并且可以如先前在本文中解释的那样来平坦化。对于某些类型的组成，诸如旋涂式玻璃和其他旋涂式材料，可以跳过该可选平坦化步骤。

图2c示出在穿过新牺牲材料200并且向具有剩余粗糙度的sic衬底100的表面102中注入离子202以在sic衬底100中形成新（附加）非晶区204时的sic衬底100。图2c中的虚线指示非晶区204的底部。

图2d示出在通过湿法刻蚀去除新牺牲材料200和sic衬底100的新非晶区204从而产生经平坦化的顶表面206之后的sic衬底100。能够使用相同或不同的刻蚀溶液来去除新牺牲材料200和新非晶区204。选择用于新牺牲材料204的刻蚀化学物质取决于牺牲材料204的组成。

在一些情况下，除了粗糙表面102之外，sic衬底100还可以具有在该粗糙表面102处或附近的差结晶质量的区。例如，从sic晶体产生sic晶片的标准工艺，诸如分裂/裂开、研磨和锯切能够导致在sic晶片的经处理表面附近的微裂缝和其他损坏。

图3a图示具有粗糙表面302和差结晶质量的区304的sic衬底300。差结晶质量的区304在图3a中的虚线以下延伸，所述虚线指示待随后通过以上结合图1a至1e以及图2a至2d描述的平坦化工艺产生的非晶区的底部。

图3b示出在标准干法刻蚀工艺（诸如等离子体刻蚀）之后的sic衬底300。通过干法刻蚀工艺，粗糙表面302的形貌向sic衬底300中传递得更深，以使得差结晶质量的区304在虚线以上。这意味着差结晶质量的区304将被设置在随后通过以上结合图1a至1e以及图2a至2d描述的平坦化工艺产生的非晶区中。然后执行以上描述的基于湿法刻蚀的平坦化工艺，以使sic衬底300的粗糙表面302平坦化。由于如在图3b中示出的那样，通过在先干法刻蚀工艺使sic衬底300的粗糙表面302在sic衬底300中传递得更深，所以差结晶质量的区304设置在通过以上描述的湿法化学刻蚀工艺去除的非晶区之内。

在还有另一实施例中，在如先前在本文中结合图1a至1e以及图2a至2d描述的那样使粗糙表面302平坦化之后，通过标准干法刻蚀工艺来使sic衬底300平坦化。利用这个途径，粗糙表面302已经被平坦化，但是差结晶质量的区304仍然存在于经平坦化的表面302处或附近。随后的干法刻蚀工艺使经平坦化的表面302向sic衬底300中传递得更深，同时去除差结晶质量的区304。照此，可以在粗糙表面上形成牺牲材料之前或者在通过湿法刻蚀去除牺牲材料以及sic的非晶区之后干法刻蚀sic衬底300的粗糙表面302，以去除差结晶质量的区304。

图4a和4b图示替换的途径，在其中在使粗糙表面302平坦化之前，使用离子注入和湿法化学刻蚀工艺来使sic衬底300的粗糙表面302在sic衬底300中传递得更深。如先前在本文中解释的那样，可以经由湿法刻蚀工艺去除非晶sic。通过将非晶浓度的离子400注入到sic衬底300的粗糙表面302中，如在图4a中示出的那样，可以在粗糙表面302上形成牺牲材料之前使粗糙表面302非晶化。通过湿法化学刻蚀sic的非晶化区402，粗糙表面302的形貌向sic衬底300中传递得更深，如在图4b中示出的那样，使得差结晶质量的区304传递到虚线以上。如以上解释的那样，这意味着差结晶质量的区304将设置在待通过随后的平坦化工艺产生的非晶区中，以使得通过作为平坦化工艺的一部分执行的湿法化学刻蚀工艺来去除差结晶质量的区304。

图5a和5b图示又另一替换途径，在其中在使sic衬底300的粗糙表面302平坦化之后去除差结晶质量的区304。根据这个实施例，将离子500直接注入到sic衬底300的经平坦化的表面502中，以在sic衬底300中形成新非晶区504，如在图5a中示出的那样。图5b示出在通过湿法刻蚀去除新非晶区504之后的sic衬底300。

图6a至6e图示一个实施例，在其中在粗糙表面602上形成牺牲材料之前使sic衬底600的粗糙表面602部分平坦化。

图6a示出在部分平坦化之前的具有粗糙表面602的sic衬底600的一部分。

图6b示出在使粗糙表面602部分平坦化之后的sic衬底600。能够使用任何标准sic平坦化工艺来使粗糙表面602部分平坦化，诸如但不限于机械抛光、cmp等。在一个实施例中，sic衬底600的粗糙表面602在被部分平坦化之前具有在5微米与15微米之间的范围中的平均峰谷距离，并且在被部分平坦化之后以及在粗糙表面602上形成牺牲材料之前具有在1微米与5微米之间或者在0.3微米与1.5微米之间的范围中的平均峰谷距离。

图6c示出在sic衬底600的经部分平坦化的粗糙表面602上形成牺牲材料604之后的sic衬底602。牺牲材料604具有在sic衬底600的密度的35%与120%之间的密度，并且可以取决于牺牲材料604的顶表面606的平面性而被平坦化，如先前在本文中描述的那样。对于某些类型的组成，诸如旋涂式玻璃和其他旋涂式材料，可以跳过该可选平坦化步骤。

图6d示出在穿过牺牲材料604并且向sic衬底600的经部分平坦化的粗糙表面102中注入离子608以在sic衬底600中形成非晶区610时的sic衬底600。图6c中的虚线指示非晶区610的底部。

图6e示出在通过湿法刻蚀去除牺牲材料604和sic衬底600的非晶区610从而产生经平坦化的顶表面612之后的sic衬底600。能够使用与先前在本文中解释的相同或不同的刻蚀溶液来去除牺牲材料604和非晶区610。

先前在本文中描述的离子注入工艺能够相对于正被注入的sic衬底以某一角度来执行。

图7图示一个实施例，在其中sic衬底700具有粗糙表面702，并且通过生成朝向牺牲材料704指向的离子束706而穿过牺牲材料704并且向粗糙表面702中注入离子以形成非晶区706。牺牲材料704具有在sic衬底700的密度的35%与120%之间的密度，如先前在本文中描述的那样。在图7中示意性地图示离子束706，并且能够使用适于sic技术的任何标准离子注入设备来生成所述离子束706。使所述离子束706相对于与sic衬底700垂直的方向以1度和10度之间的角度α倾斜。关于这个实施例，相对于sic衬底700的主要晶体六角方向倾斜离子注入角度α。在离子注入工艺期间，沟道效应可以发生在sic衬底700的粗糙表面702的尖端（峰）处，其中反向尖峰导致沟道。通过使离子束706通常相对于与sic衬底700垂直的方向倾斜1与10度之间，例如大约7度，能够减少沟道效应。使离子束700倾斜多于10度可以限制注入深度而不进一步有意义地减少沟道效应。

图8图示另一实施例，在其中在使牺牲材料108平坦化之后，粗糙sic表面102的峰104中的一些可以不再被牺牲材料108覆盖。在这种情况下，仅仅粗糙sic表面102的谷106仍然填充有牺牲材料108，如由图8中的虚线指示的。这种情况可以例如在使用cmp来使牺牲材料108平坦化以及cmp工艺在粗糙sic表面102上停止时出现。在这种情况下，实现平坦化效果，但是它相比于粗糙sic表面102被牺牲材料108的完全覆盖的情况（如由图8中的实线与峰指示的）而言减少。

诸如“第一”、“第二”等等的术语用来描述各种元件、区、区段等，并且也不旨在是限制性的。遍及本描述，相似的术语指代相似的元件。

如在本文中使用的，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等等是开放式的术语，其指示说明的元件或特征的存在但是不排除附加的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文另外清楚地指示。

要理解，在本文中描述的各种实施例的特征可以彼此组合，除非另外具体地指出。

尽管本文中已经图示并且描述了特定的实施例，但是本领域的普通技术人员将领会到，在不脱离本发明的范围的情况下，各种替换的和/或等同的实施方式可以替代所示出和描述的特定实施例。本申请旨在覆盖本文中所讨论的特定实施例的任何适应或变化。因此，旨在使本发明仅由权利要求及其等同物来限制。