CN113113306B - 一种利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，包括以下步骤：S1、在耐高温托盘表面开设放置槽；S2、机械打磨化合物半导体基板；S3、将化合物半导体基板放入耐高温托盘表面的放置槽中，通过加热氧化在化合物半导体基板表面形成一层介电膜；S4、化合物半导体基板与硅基载板形成永久键合结构；S5、将化合物半导体基板和硅基载板取下，进行后续晶圆制程。本发明通过耐高温的托盘承载小尺寸的化合物半导体基板进行高温制程，可以一次对多块小尺寸的化合物半导体基板进行高温回火，高温制程后直接将硅基载板覆盖在半导体基板表面进行永久键合，极大的提高化合半导体晶圆的加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及领域，具体的是一种利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺。
背景技术
半导体材料可分为单质半导体及化合物半导体两类，前者如硅、锗等所形成的半导体，后者为砷化镓、氮化镓、碳化硅等化合物形成，化合物半导体相比单质半导体的高频性能、高温性能优异很多，制造成本更为高昂，是半导体中的新贵。化合物半导体能够在超高电压(>8000V)IGBT及超高频(>300KHz)的MOSFET元件上展现特佳的性能，但目前长晶材料的量产技术只能将基板尺寸局限在6寸及6寸以下，与现行硅片主力的8寸/12寸工艺不相容。
申请号为2021102128404的专利公开了一种基于硅基载板的化合物半导体晶圆制造工艺，将小尺寸化合物半导体基板永久性键合于硅基载板上，实现了利用现行的主力尺寸硅片的生产线量产化合物半导体元件，可以一次进行多片化合物半导体晶圆的制造。该专利虽然实现了利用现行硅片工艺加工小尺寸半导体。但是在化合物半导体基板为碳化硅时，键合硅基载板后无法再进行后续的高温制程，因为高温回火时的高温会破坏硅基载板和化合物半导体的键结，而先将小尺寸的碳化硅基板分别进行高温回火再与硅基载板键合操作复杂，生产效率低，不利于该工艺的推广。因此，亟需一种可以同时对多块小尺寸化合物半导体基板进行高温回火的工艺，以提高化合物半导体晶圆的加工效率。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，本发明通过耐高温的托盘承载小尺寸的化合物半导体基板进行高温制程，可以一次对多块小尺寸的化合物半导体基板进行高温回火，同时可以在完成高温制程后直接将硅基载板覆盖在半导体基板表面进行永久键合，无需再对化合半导体基板转移，简化和工艺流程，极大的提高化合半导体晶圆的加工效率。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，包括以下步骤：
S1、将通过机械研磨的方式在耐高温托盘表面开设若干与化合物半导体基板尺寸契合的放置槽，放置槽的边缘为斜坡状；
S2、将不同直径化合物半导体晶柱切割成一定厚度的化合物半导体基板，通过机械研磨将化合物半导体基板边缘打磨成与放置槽的边缘契合的斜坡状；
S3、将化合物半导体基板放入耐高温托盘表面的放置槽中，然后将化合物半导体基板连同耐高温托盘放入高温炉管中，以CVD的方式在化合物半导体基板的表面形成一层二氧化硅介电膜，并通过机械研磨使介电膜表面平坦化；
S4、通过电浆对硅基载板表面处理，激发硅基载板原子活性键，然后将硅基载板覆盖在化合物半导体基板的介电膜上方，再次将将化合物半导体基板连同耐高温托盘放入高温炉管中进行回火，使化合物半导体基板与硅基载板形成永久键合结构；
S5、将形成永久键合结构的化合物半导体基板和硅基载板取下，进行后续晶圆制程。
进一步优选地，步骤S1中耐高温托盘为石墨或陶瓷材质，耐高温托盘厚度为500-700μm，放置槽边缘斜坡的倾角为45-80°。
进一步优选地，步骤S2中化合物半导体基板厚度为150-300μm，化合物半导体基板厚度与放置槽的深度差为10-50μm。
进一步优选地，步骤S3中CVD形成介电膜的温度为200-800℃，介电膜为SiO2、Si3N4、SiOxNy或SiCxNy中的一种。
进一步优选地，步骤S4中回火的温度为800-2000℃，高温炉管的升温速率小于15℃/min。
进一步优选地，步骤S5中后续晶圆制程包括晶圆正面制程、正面键合玻璃载板、研磨除去硅基载板以及剩余的晶圆背面制程。
本发明的有益效果：
本发明通过耐高温的托盘承载小尺寸的化合物半导体基板进行高温制程，可以一次对多块小尺寸的化合物半导体基板进行高温回火，其中托盘表面开设边缘呈缓坡的放置槽，可以有效防止高温制程中化合物半导体基板滑落，同时按照化合物半导体基板和硅基载板的永久键合位置开设放置槽，可以在完成高温制程后直接将硅基载板覆盖在半导体基板表面，一次性完成多块化合物半导体基板与硅基载板永久键合，无需再对化合半导体基板转移及化合物半导体基板的对准，位置误差不超过±0.05mm，简化了工艺流程，极大的提高化合半导体晶圆的加工效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明步骤S1的工艺成型图；
图2是本发明步骤S2的工艺成型图；
图3是本发明步骤S3的工艺成型图；
图4是本发明步骤S4的工艺成型图。
图中：
1-耐高温托盘，2-放置槽，3-化合物半导体基板，4-介电膜，5-硅基载板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，包括以下步骤：
S1、将通过机械研磨的方式在耐高温托盘表面开设若干与化合物半导体基板尺寸契合的放置槽，放置槽的边缘为70°，放置槽的深度为230μm；
S2、将不同直径化合物半导体晶柱切割成厚度为250μm的化合物半导体基板，通过机械研磨将化合物半导体基板边缘打磨成与放置槽的边缘契合的斜坡状；
S3、将化合物半导体基板放入耐高温托盘表面的放置槽中，然后将化合物半导体基板连同耐高温托盘放入高温炉管中，加热至200℃，以加热氧化的方式在化合物半导体基板的表面形成一层SiO2介电膜，通过机械研磨使介电膜表面平坦化；
S4、通过电浆对硅基载板表面处理，激发硅基载板原子活性键，然后将硅基载板覆盖在化合物半导体基板的介电膜上方，再次将将化合物半导体基板连同耐高温托盘放入高温炉管中进行回火，8℃/min的速率加热至1200℃，使化合物半导体基板与硅基载板形成永久键合结构；
S5、将形成永久键合结构的化合物半导体基板和硅基载板取下，进行后续的晶圆正面制程、正面键合玻璃载板、研磨除去硅基载板以及剩余的晶圆背面制程。
实施例2
一种利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，包括以下步骤：
S1、将通过机械研磨的方式在耐高温托盘表面开设若干与化合物半导体基板尺寸契合的放置槽，放置槽的边缘为65°，放置槽的深度为170μm；
S2、将不同直径化合物半导体晶柱切割成厚度为180μm的化合物半导体基板，通过机械研磨将化合物半导体基板边缘打磨成与放置槽的边缘契合的斜坡状；
S3、将化合物半导体基板放入耐高温托盘表面的放置槽中，然后将化合物半导体基板连同耐高温托盘放入高温炉管中，加热至800℃，以CVD的方式在化合物半导体基板的表面形成一层Si3N4介电膜，通过机械研磨使介电膜表面平坦化；
S4、通过电浆对硅基载板表面处理，激发硅基载板原子活性键，然后将硅基载板覆盖在化合物半导体基板的介电膜上方，再次将将化合物半导体基板连同耐高温托盘放入高温炉管中进行回火，12℃/min的速率加热至1800℃，使化合物半导体基板与硅基载板形成永久键合结构；
S5、将形成永久键合结构的化合物半导体基板和硅基载板取下，进行后续的晶圆正面制程、正面键合玻璃载板、研磨除去硅基载板以及剩余的晶圆背面制程。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (4)
1.一种利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将通过机械研磨的方式在耐高温托盘表面开设若干与化合物半导体基板尺寸契合的放置槽，放置槽的边缘为斜坡状；所述耐高温托盘为石墨或陶瓷材质，所述耐高温托盘厚度为500-700μm，所述放置槽边缘斜坡的倾角为45-80°；
S2、将不同直径化合物半导体晶柱切割成一定厚度的化合物半导体基板，通过机械研磨将化合物半导体基板边缘打磨成与放置槽的边缘契合的斜坡状；所述化合物半导体基板厚度为150-300μm，所述化合物半导体基板厚度与放置槽的深度差为10-50μm；
S3、将化合物半导体基板放入耐高温托盘表面的放置槽中，然后将化合物半导体基板连同耐高温托盘放入高温炉管中，以CVD方式在化合物半导体基板的表面形成介电膜，并通过机械研磨使介电膜表面平坦化；
S4、通过电浆对硅基载板表面处理，激发硅基载板原子活性键，然后将硅基载板覆盖在化合物半导体基板的介电膜上方，再次将将化合物半导体基板连同耐高温托盘放入高温炉管中进行回火，使化合物半导体基板与硅基载板形成永久键合结构；
S5、将形成永久键合结构的化合物半导体基板和硅基载板取下，进行后续晶圆制程。
2.根据权利要求1所述的利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，其特征在于，所述步骤S3中CVD形成介电膜的温度为200-800℃，所述介电膜为SiO2、Si3N4、SiOxNy或SiCxNy中的一种。
3.根据权利要求1所述的利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，其特征在于，所述步骤S4中回火的温度为800-2000℃，高温炉管的升温速率小于15℃/min。
4.根据权利要求1所述的利用耐高温托盘进行化合物半导体晶圆高温回火工艺，其特征在于，所述步骤S5中后续晶圆制程包括晶圆正面制程、正面键合玻璃载板、研磨除去硅基载板以及剩余的晶圆背面制程。
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