CN108183065A - 一种消除晶圆翘曲的方法及复合衬底 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消除晶圆翘曲的方法及复合衬底，该方法包括如下步骤：S1：选取一翘曲的晶圆(1)；S2：在所述晶圆(1)的背面沉积一层内部具有应力的应力补偿膜(2)，使得所述应力补偿膜(2)的内部应力与所述晶圆(1)的内部应力相互抵消，得到平整的复合衬底；所述晶圆(1)为碳化硅基碳化硅晶圆或硅基氮化镓晶圆。所述复合衬底包括一晶圆(1)和一应力补偿膜(2)，所述应力补偿膜(2)覆盖于所述晶圆(1)的背面，且所述应力补偿膜(2)的内部应力与所述晶圆(1)的内部应力相互抵消；所述晶圆(1)为碳化硅基碳化硅晶圆或硅基氮化镓晶圆。本发明在翘曲的晶圆背面沉积一层内部具有应力的应力补偿膜，使得应力补偿膜的内部应力与晶圆的内部应力相互抵消，从而消除翘曲现象。
Description
技术领域
本发明属于半导体微纳加工技术领域，尤其是涉及一种消除晶圆翘曲的方法及采用该方法制备的复合衬底。
背景技术
碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是两种宽禁带半导体材料，它们有着高临界击穿电场强度、高饱和电子迁移率、高热导率等优点，特别适合应用在微波和大功率电力传输和换能领域，用其制备的微波器件和电力电子器件可以承载高电压、大电流，并且可以稳定工作在高辐射、高温等苛刻应用环境。
在碳化硅基片的晶锭生长时，碳化硅晶体形成的内部应力偏大。将碳化硅晶锭切割成晶圆薄片时，内部应力容易引起翘曲现象，生长外延后，翘曲仍然保持。
在硅基片上外延生长氮化镓时，也容易因为内部应力引起翘曲现象。
碳化硅基碳化硅晶圆和硅基氮化镓晶圆的翘曲都将会给后续器件加工带来困难，这表现在：
一是，翘曲导致光刻工艺中无法顺利对整个晶圆聚焦曝光。
二是，翘曲使得包含曝光机的大量半导体设备难以实现对晶圆的自动搬运。这表现为：晶圆无法有效地被搬运托片真空吸附，容易从搬运托片上滑落翻掉；以及晶圆无法通过真空吸附的方式定位在设备腔室中。
现有技术中，用于克服碳化硅基碳化硅晶圆发生翘曲现象的方法是增加其厚度。在碳化硅晶圆内部应力相同的情形下，碳化硅晶圆的厚度越大，翘曲就越小。
现有技术的上述方法的缺点是：
一是，增加基于碳化硅材料的器件成本，碳化硅基片的厚度越大，单片晶圆消耗的材料就越多，成本就越高；
二是，导致工艺繁琐复杂、效率低、良率损失。碳化硅基碳化硅晶圆的厚度越大，器件的导通电阻就越大。在划片前需要通过研磨的方法从碳化硅基碳化硅晶圆的背面减薄，此时碳化硅基碳化硅晶圆正面的器件已经完成，需要对其进行覆盖保护，然后将碳化硅基碳化硅晶圆正面与研磨装置表面强力黏结在一起，以保护碳化硅基碳化硅晶圆正面的器件在高速高强度的背面研磨过程中不受损伤。之后从研磨装置表面取下碳化硅基碳化硅晶圆，再去掉覆盖保护。整个″覆盖-黏结-研磨-去黏结-去覆盖″工艺繁琐复杂，并导致效率低下和良率损失。
现有技术中，用于克服硅基氮化镓晶圆发生翘曲现象的方法是设法改变其外延生长的工艺参数。由于外延生长的工艺参数的设定主要需要考虑其他因素，比如缺陷，生长速率等，因此往往无法有效控制翘曲，这导致硅基氮化镓晶圆翘曲处于较大范围，增加器件工艺难度。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种消除晶圆翘曲的方法。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种采用上述方法制备的复合衬底。
为解决上述第一个技术问题，发明采用如下的技术方案：
本发明提供一种消除晶圆翘曲的方法，包括如下步骤：
S1：选取一翘曲的晶圆；
S2：在所述晶圆的背面沉积一层内部具有应力的应力补偿膜，使得所述应力补偿膜的内部应力与所述晶圆的内部应力相互抵消，得到平整的复合衬底；
所述晶圆为碳化硅基碳化硅晶圆或硅基氮化镓晶圆。
优选地，当所述晶圆为碳化硅基碳化硅晶圆时，所述方法还包括如下步骤：S3：在所述应力补偿膜的背面沉积一层内部无应力的辅助膜。
优选地，通过调整沉积所述应力补偿膜的气压、温度、成分比例、沉积速率调控其内部应力的类型和大小。
优选地，所述应力补偿膜的材质为氧化硅、氮化硅或金属。
优选地，所述应力补偿膜的内部应力为压应力、无应力或张应力。
为解决上述第二个技术问题，本发明提供一种复合衬底，包括一晶圆和一应力补偿膜，所述应力补偿膜覆盖于所述晶圆的背面，且所述应力补偿膜的内部应力与所述晶圆的内部应力相互抵消；所述晶圆为碳化硅基碳化硅晶圆或硅基氮化镓晶圆。
优选地，当所述晶圆为碳化硅基碳化硅晶圆时，所述复合衬底还包括一内部无应力的辅助膜，且所述辅助膜覆盖于所述应力补偿膜的背面。
优选地，所述应力补偿膜的材质为氧化硅、氮化硅或金属。
优选地，所述应力补偿膜的内部应力为压应力、无应力或张应力。
优选地，所述辅助膜的材质为氧化硅、氮化硅、金属、TEOS或半导体用玻璃；所述半导体用玻璃为SOG或CVD制备的玻璃。本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的方法在翘曲的晶圆背面沉积一层内部具有应力的应力补偿膜，使得应力补偿膜的内部应力与晶圆的内部应力相互抵消，从而消除翘曲现象，得到平整的复合衬底，使得高精度的光刻工艺成为可能。
(2)本发明的方法通过沉积应力补偿膜和辅助膜能够降低碳化硅晶圆的透光度，从而使得碳化硅晶圆更容易识别和定位。由于应力补偿膜的材质(例如氧化硅、氮化硅、金属等)和辅助膜的材质(例如氧化硅、氮化硅、金属、TEOS或半导体用玻璃等)本身的透光度较低，因此应力补偿膜和辅助膜能够降低碳化硅晶圆的透光度。这样，碳化硅晶圆的遮光性能增强，更容易被识别和定位。
(3)本发明的方法能够消除翘曲现象，得到平整的复合衬底，平整的复合衬底能够有效的被搬运托片真空吸附，不容易从搬运托片上滑落翻掉，从而使得半导体设备对晶圆的自动搬运更加容易。
(4)本发明的方法通过沉积应力补偿膜和辅助膜能够增加碳化硅晶圆的厚度，从而使得碳化硅晶圆在半导体设备中更容易被搬运，同时降低碎片或裂片的几率。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明
图1为本发明实施例1的翘曲的晶圆的示意图；
图2为本发明实施例1的在晶圆的背面沉积应力补偿膜的示意图；
图3为本发明实施例2的翘曲的晶圆的示意图；
图4为本发明实施例3的在应力补偿膜的背面沉积辅助膜的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施提供一种消除晶圆翘曲的方法，该方法包括如下步骤：
S1：选取一翘曲的晶圆1；
S2：在上述晶圆1的背面沉积一层内部具有应力的应力补偿膜2，使得应力补偿膜2的内部应力与晶圆1的内部应力相互抵消，得到平整的复合衬底。
上述晶圆1为碳化硅基碳化硅晶圆或硅基氮化镓晶圆。
应力补偿膜2的材质优选为氧化硅、氮化硅或金属。
上述应力补偿膜2的内部应力为压应力、无应力或张应力。本领域技术人员通过调整沉积应力补偿膜2的工艺参数例如气压、温度、成分比例、沉积速率等，可以调控所沉积的应力补偿膜2的内部应力的类型(压应力、无应力或张应力)和大小。
在本实施例中，在上述步骤S1中，例如选取中间向上弯曲的晶圆1，即晶圆1的正面上凸，如图1所示；在上述步骤S2中，例如在翘曲的晶圆1的背面沉积一层内部具有压应力的应力补偿膜2，使得应力补偿膜2的内部应力与晶圆1的内部应力相互抵消，从而消除晶圆1的翘曲，得到平整的复合衬底，如图2所示。
在本实施例中，复合衬底包括晶圆1和应力补偿膜2。
实施例2
本实施提供一种消除晶圆翘曲的方法，该方法包括如下步骤：
S1：选取一翘曲的晶圆1；
S2：在上述晶圆1的背面沉积一层内部具有应力的应力补偿膜2，使得应力补偿膜2的内部应力与晶圆1的内部应力相互抵消，得到平整的复合衬底。
上述晶圆1为碳化硅基碳化硅晶圆或硅基氮化镓晶圆。
应力补偿膜2的材质优选为氧化硅、氮化硅或金属。
上述应力补偿膜2的内部应力为压应力、无应力或张应力。本领域技术人员通过调整沉积应力补偿膜2的工艺参数例如气压、温度、成分比例、沉积速率等，可以调控所沉积的应力补偿膜2的内部应力的类型(压应力、张应力或无应力)和大小。
在本实施例中，在上述步骤S1中，例如选取中间向下弯曲的晶圆1，即晶圆1的正面下凹，如图3所示；在上述步骤S2中，例如在翘曲的晶圆1的背面沉积一层内部具有张应力的应力补偿膜2，使得应力补偿膜2的内部应力与晶圆1的内部应力相互抵消，从而消除晶圆1的翘曲，得到平整的复合衬底，如图2所示。
在本实施例中，复合衬底包括晶圆1和应力补偿膜2。
实施例3
本实施提供一种消除晶圆翘曲的方法，该方法包括如下步骤：
S1：选取一翘曲的晶圆1；
S2：在上述晶圆1的背面沉积一层内部具有应力的应力补偿膜2，使得应力补偿膜2的内部应力与晶圆1的内部应力相互抵消，得到平整的复合衬底；
S3：在上述应力补偿膜2的背面沉积一层内部无应力的辅助膜3。
上述晶圆1为碳化硅基碳化硅晶圆。
应力补偿膜2的材质优选为氧化硅、氮化硅或金属。
上述应力补偿膜2的内部应力为压应力、无应力或张应力。本领域技术人员通过调整应力补偿膜2的工艺参数例如气压、温度、成分比例、沉积速率等，可以调控所沉积的应力补偿膜2的内部应力的类型(压应力、零应力或张应力)和大小。
在本实施例中，在上述步骤S1中，例如选取中间向下弯曲的碳化硅晶圆1，即碳化硅晶圆1的正面上凸或下凹；在上述步骤S2中，例如在翘曲的碳化硅晶圆1的背面沉积一层内部具有压应力或张应力的应力补偿膜2，使得应力补偿膜2的内部应力与碳化硅晶圆1的内部应力相互抵消，从而消除碳化硅晶圆1的翘曲，得到平整的碳化硅复合衬底；在上述步骤S3中，在上述步骤S2得到的碳化硅复合衬底背面即应力补偿膜2的背面沉积一层内部无应力的辅助膜3，得到最终的平整的碳化硅复合衬底，如图4所示。
在本实施例中，碳化硅复合衬底还包括辅助膜3，即最终得到的碳化硅复合衬底包括碳化硅晶圆1、应力补偿膜2和辅助膜3。
上述辅助膜3用于遮光，还用于增加碳化硅复合衬底的厚度至需要的厚度值。
辅助膜3的材质优选为氧化硅、氮化硅、金属、硅酸乙酯(TEOS)或半导体用玻璃。该半导体用玻璃为SOG(spin on glass coating-旋转涂布玻璃)或CVD(Chemical VaporDeposition-化学气相沉积)制备的玻璃。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种消除晶圆翘曲的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：选取一翘曲的晶圆(1)；
S2：在所述晶圆(1)的背面沉积一层内部具有应力的应力补偿膜(2)，使得所述应力补偿膜(2)的内部应力与所述晶圆(1)的内部应力相互抵消，得到平整的复合衬底；
所述晶圆(1)为碳化硅基碳化硅晶圆或硅基氮化镓晶圆。
2.根据权利要求1所述的消除晶圆翘曲的方法，其特征在于，当所述晶圆(1)为碳化硅基碳化硅晶圆时，所述方法还包括如下步骤：
S3：在所述应力补偿膜(2)的背面沉积一层内部无应力的辅助膜(3)。
3.根据权利要求1或2所述的消除晶圆翘曲的方法，其特征在于，通过调整沉积所述应力补偿膜(2)的气压、温度、成分比例、沉积速率调控其内部应力的类型和大小。
4.根据权利要求1或2所述的消除晶圆翘曲的方法，其特征在于，所述应力补偿膜(2)的材质为氧化硅、氮化硅或金属。
5.根据权利要求1或2所述的消除晶圆翘曲的方法，其特征在于，所述应力补偿膜(2)的内部应力为压应力、无应力或张应力。
6.一种复合衬底，其特征在于，包括一晶圆(1)和一应力补偿膜(2)，所述应力补偿膜(2)覆盖于所述晶圆(1)的背面，且所述应力补偿膜(2)的内部应力与所述晶圆(1)的内部应力相互抵消；所述晶圆(1)为碳化硅基碳化硅晶圆或硅基氮化镓晶圆。
7.根据权利要求6所述的复合衬底，其特征在于，当所述晶圆(1)为碳化硅基碳化硅晶圆时，所述复合衬底还包括一内部无应力的辅助膜(3)，且所述辅助膜(3)覆盖于所述应力补偿膜(2)的背面。
8.根据权利要求6或7所述的复合衬底，其特征在于，所述应力补偿膜(2)的材质为氧化硅、氮化硅或金属。
9.根据权利要求6或7所述的复合衬底，其特征在于，所述应力补偿膜(2)的内部应力为压应力、无应力或张应力。
10.根据权利要求7所述的碳化硅复合衬底，其特征在于，所述辅助膜(3)的材质为氧化硅、氮化硅、金属、TEOS或半导体用玻璃；所述半导体用玻璃为SOG或CVD制备的玻璃。
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