一种晶圆表面的处理方法与流程

1.本发明半导体工艺技术领域，具体是涉及到一种晶圆背面的处理方法。


背景技术：

2.sic材料具有带隙宽、高热导率、高击穿场强、高饱和速度等优点，非常适合制作高温大功率半导体器件。sic基功率器件能极大的发挥其高温、高频和低损耗的特点，使得其在高压、高温、高频、大功率、强辐射等方面都有极大的应用前景。
3.在sic基功率器件制造过程中，为了降低电阻损耗，提升电气性能，通常会在sic晶圆正面工艺完成后将sic晶圆进行减薄、然后进行衬底合金化处理。目前sic晶圆减薄的主流方式为采用砂轮对所述sic的背面整面区域进行减薄，减薄的工艺步骤为先对背面进行整面区域粗磨，再进行整面区域晶磨。采用现有的这种背面减薄方法减薄后的sic晶圆的翘曲度非常大，并且所述翘曲度的分布由减薄面中心区域向边缘区域逐渐减小，即越靠近所述背面的中心，所述翘曲度越大。翘曲度太大，会导致后续工艺的不稳定和不均匀，同时增加了后续减薄面在进行合金化工艺过程中的碎片风险。
4.此外，在sic晶圆减薄后，以及在所述合金化工艺进行之前前需要对减薄的sic晶圆背面进行rca清洗，以去除减薄过程中产生的颗粒，避免颗粒影响合金化效果。然而，传统的rca 清洗不能做到sic晶圆衬底减薄面的单面清洗，其腐蚀性溶液会对sic芯片正面已经完成的工艺造成影响。此外，sic片的化学稳定性非常好，传统的rca清洗中的双氧水很难氧化sic晶圆的表面，难以去除sic晶圆背面的颗粒。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种晶圆表面的处理方法，以解决现有晶圆减薄工艺过程中的翘曲度高和清洗不彻底的问题。
6.一种晶圆表面的处理方法，包括：
7.步骤1：提供待处理的晶圆，所述晶圆具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面与第二表面之间的距离为所述晶圆的原始厚度，
8.步骤2：在所述晶圆的第一表面上覆盖保护层，
9.步骤3：对所述第二表面进行第一类研磨工艺，以减薄所述晶圆的厚度，在进行完所述第一类研磨工艺后，所述晶圆的第一区域的第一厚度大于所述晶圆的第二区域的第二厚度，且所述第一厚度小于所述原始厚度，
10.步骤4：对位于所述第一区域中的所述第二表面进行第二类研磨工艺，以继续减薄所述晶圆的厚度，在进行完所述第二类研磨工艺后，所述第一区域的第三厚度小于所述第一厚度且大于所述第二厚度。
11.优选地，所述的处理方法，还包括：
12.步骤5：对位于所述第一区域中的所述第二表面进行清洗工艺，
13.所述清洗工艺的步骤包括：
14.步骤51：提供清洗舱室，并将所述晶圆固定在清洗舱室中，使得所述晶圆与所述清洗舱室构成封闭的空间体，所述晶圆的第一表面位于所述空间体的内表面，位于所述第一区域中的所述第二表面位于所述空间体的外表面，
15.步骤52：在位于所述第一区域中的所述第二表面上喷氧化剂，以在位于所述第一区域中的所述第二表面上形成氧化层，
16.步骤53：在所述氧化层上喷腐蚀剂，以从位于所述第一区域中的所述第二表面上去除所述氧化层，
17.步骤54：在位于所述第一区域中的所述第二表面上喷清洗夜，以清洗位于所述第一区域中的所述第二表面上的化学物质，
18.步骤55：烘干所述晶圆。
19.优选地，所述第一类研磨工艺为粗研磨工艺，所述第二类研磨工艺为精研磨工艺，所述精研磨工艺中使用的砂轮的数目多于所述粗研磨工艺中使用的砂轮的数目，且所述精研磨工艺中的用于研磨的研磨颗粒尺寸小于所述粗研磨工艺中的用于研磨的研磨颗粒尺寸。
20.优选地，所述步骤3为：
21.步骤31：对整个所述晶圆的第二表面进行所述第一类研磨工艺，以将整个所述晶圆的第二表面与所述第一表面之间的原始厚度均减薄成所述第一厚度，
22.步骤32：停止对位于所述第一区域中的所述第二表面进行所述第一类研磨工艺，仅对位于所述第二区域中的所述第二表面继续进行所述第一类研磨工艺，以使得所述晶圆的第二区域厚度由所述第一厚度减薄成所述第二厚度。
23.优选地，在进行所述步骤31的过程中，使所述砂轮按照第一预设轨迹转动，所述晶圆进行自转，在进行所述步骤32的过程中，使得所述砂轮固定不动，而所述晶圆进行自转，
24.在进行所述步骤32的过程中，使得所述砂轮按照第二预设轨迹转动，所述晶圆进行自转。
25.优选地，所述清洗舱室内侧底部具有载台，所述步骤51步骤为：以所述第二表面朝向所述载台的方式将所述晶圆放置在所述载台上，位于所述第二区域中的所述第二表面被所述载台支撑，位于所述第一区域中的所述第二表面位于所述载台之间且被所述清洗舱室的底部裸露在外。
26.优选地，所述载台包括第一台阶和第二台阶，所述第一台阶和第二台阶的下表面为所述清洗舱室的底部外侧表面，所述第一台阶的上表面低于所述第二台阶的上表面，所述下表面与上表面为相对的两个面，
27.位于所述第二区域中的所述第二表面贴在所述第一台阶的上表面上，
28.所述晶圆的侧面和清洗舱室内侧壁之间的空间通过压环填充满，所述晶圆的侧面为所述第一表面和第二表面之间的面。
29.优选地，
30.所述步骤52为：沿着与轴线成第一预设夹角的方向向位于所述第二区域中的所述第二表面通入所述氧化剂和去离子水经雾化处理后形成的第一混合纳米液体颗粒，以形成所述氧化层，所述轴线为垂直所述晶圆的第二表面的线，
31.所述步骤53为：沿着与所述轴线成第二预设夹角的方向向位于所述第二区域中的
所述第二表面通入所述腐蚀剂和去离子水经雾化处理后形成的第二混合纳米液体颗粒，以通过所述腐蚀剂与所述氧化层发生反应而去除所述氧化层，
32.所述步骤54为：沿着与所述轴线成第三预设夹角的方向向位于所述第二区域中的所述第二表面通入清洗液经雾化处理后形成的清洗液体颗粒，以冲洗掉所述晶圆的第二表面上的所述腐蚀剂，
33.步骤55：烘干所述晶圆。
34.优选地，所述第一预设夹角、第二预设夹角和第三预设夹角均不小于20度且不大于60 度，
35.在通入所述第一混合纳米液体颗粒和第二混合纳米颗粒的过程中，使得所述晶圆分别按照第一预设转速和第二预设转速进行旋转，并将所述清洗舱室内的温度分别控制为第一预设温度和第二预设温度，
36.所述第一预设转速和第二预设转速均小于或等于20r/s，所述第一预设温度和第二预设温度均不小于40摄氏度且不大于80摄氏度，
37.在通入所述清洗液体颗粒的过程中，控制所述所述去离子水液体颗粒的温度不小于25摄氏度且不大于50摄氏度，以及控制所述晶圆的转速小于或等于20r/s，
38.所述氧化剂包括臭氧，所述腐蚀剂包括氢氟酸，所述清洗液为去离子水，在雾化行程所述第二混合纳米液体颗粒的过程中，所述氢氟酸和所述去离子水之间的体积比值不小于0.01 且不大于1，
39.所述步骤55包括：
40.步骤551：按照第三预设转速旋转所述晶圆，以甩出所述晶圆表面的清洗液体颗粒，所述第三预设转速大于所述第一预设转速和第二预设转速，
41.步骤552：向所述清洗舱室内通入热氮，以烘干所述晶圆，所述热氮的温度不小于30摄氏度且不大于80摄氏度。
42.优选地，在所述步骤4和步骤5之间还包括：
43.步骤4`：用去离子水清洗所述晶圆，
44.步骤5`：对所述晶圆进行甩干处理，
45.在所述步骤5之后还包括去除所述第一表面上的所述保护层，
46.所述第一区域为所述晶圆上的制作有半导体器件的有效区域，所述第二区域为所述晶圆上没有制作半导体器件的无效区域，所述第二区域位于所述第一区域周围，
47.所述第一表面为所述晶圆上的器件的有源面所在的面，所述第二表面为所述晶圆的背面，
48.所述晶圆为sic晶圆、si晶圆、gan晶圆、gaas晶圆中的一种。
49.本发明的有益效果一是：本发明通过在所述晶圆进行减薄工艺处理期间，先采用第一类研磨工艺对晶圆的第二表面进行整面研磨，使得所述第二区域的减薄厚度大于所述第一区域的减薄厚度，然后再采用第二类研磨工艺仅对所述第一区域进行研磨，从而对所述第二表面进行了区域选择性应力释放，使所述第二表面的应力分布得到互补，进而显著性改善sic晶圆减薄后的翘曲度，减小翘曲度对后续工艺的影响。
50.本发明的有益效果二是：本发明将所述晶圆放置在所述清洗舱室中进行清洗时，由于所述晶圆的第一区域和第二区域的减薄厚度不同，将厚度薄的第二区域贴放在所述清
洗舱室的载台上，使得所述清洗舱室将所述晶圆对的第一表面保护，而仅将所述第二表面裸露，以实现仅对第二表面的清洗，从而确保了所述晶圆的第一表面在进行第二表面清洗过程中不被清洗液损坏。
51.本发明的有益效果三是：本发明采用经过雾化后的纳米液滴颗粒清洗所述晶圆，具有更强的清洗能力和均匀性，且清洗方便、成本低容易实现。
附图说明
52.图1a-1d为依据本发明实施例提供的晶圆表面处理方法流程中晶圆减薄工艺的各个步骤中晶圆的剖面结构示意图，
53.图2为依据本发明实施例提供的将减薄后的晶圆固定在清洗舱室中的结构示意图，
54.图3a-3c为依据本发明实施例提供的晶圆表面处理方法流程中晶圆清洗工艺的各个步骤中晶圆的部分剖面结构示意图。
具体实施方式
55.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做出创造性劳动前提下所产生的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外需要说明的是，在具体实施方式这一项内容中“所述
…”
是仅指本发明的中的技术属于或特征。
56.本发明提供了一种晶圆表面的处理方法，对所述晶圆表面的处理方法主要包括晶圆进行减薄工艺和清洗工艺，所述减薄工艺主要包括步骤1至步骤4，下面我们将结合图1a-1d所示的所述减薄工艺的各个步骤中晶圆的剖面结构示意图来具体阐述所述减薄工艺。
57.步骤1：如图1a所示，我们首先提供待处理的晶圆。在本实施例中所述晶圆为sic晶圆，在其它实施例中所述晶圆还可以为si晶圆、gan晶圆、gaas晶圆等半导体材料形成的晶圆中的一种晶圆。所述sic晶圆具有相对的第一表面f和第二表面b，所述第一表面f与第二表面b之间的距离均为所述晶圆的原始厚度d0(未进行所述减薄工艺前的厚度)，即在进行所述减薄工艺前，所述sic晶圆为具有均匀厚度的晶圆。所述第一表面f为所述sic晶圆上的器件的有源面所在的面，所述第二表面b为所述sic晶圆的背面。
58.步骤2：如图1b所示，在所述sic晶圆的所述第一表面上覆盖保护层a，从而对所述sic晶圆上制作的器件的有源面进行保护。具体的，可通过贴膜、涂蜡键合等方式在所述第一表面上覆盖所述保护层a。
59.步骤3：对所述第二表面进行第一类研磨工艺，以减薄所述sic晶圆的厚度，在进行完所述第一类研磨工艺后，如图1c所示，所述sic晶圆的第一区域b1的厚度由所述原始厚度d0减薄成第一厚度d1，所述sic晶圆的第二区域b2的厚度由所述原始厚度d0减薄成第二厚度d2。其中，第一厚度d1大于第二厚度d2，即在进行所述第一类研磨工艺过程中，所述晶圆的第二区域被减薄掉的厚度要大于所述第一区域被减薄掉的厚度。例如，所述第一厚度d1比所述第二厚度 d2厚20-150μm。
60.步骤4：对位于所述第一区域b1中的所述第二表面b进行第二类研磨工艺，以继续
减薄所述sic晶圆的厚度，步骤4中不对所述第二区域b2中的所述第二表面b进行所述第二类研磨工艺，使得所述晶圆的第一区域b1和第二区域b2形成应力差。因此，在进行所述步骤4后，使得所述步骤3后形成的晶圆的第一区域b1应力大第二区域b2的应力小的状况得到充分互补，使得整个晶圆的第二表面的应力分布较为均匀，从而改善sic晶圆的第二表面的翘曲度。在进行完所述第二类研磨工艺后，所述晶圆的第一区域b1这一部分的厚度由所述第一厚度d1继续减薄成第三厚度d3，但是所述第三厚度d3大于所述第二厚度d2。如图1d所示，在进行所述步骤4 后，所述sic晶圆的第一区域b1的厚度为第二厚度d3，所述sic晶圆的第二区域b2的厚度为d2。所述第一区域b1为所述sic晶圆上的制作有半导体器件的有效区域，所述第二区域b2为所述 sic晶圆上没有制作半导体器件的无效区域，所述第二区域b2位于所述第一区域b1周围。例如，所述第二区域b2为所述sic晶圆的边缘区域，而所述第一区域b1为被所述边缘区域包围的中间区域，所述第二区域b2为所述sic晶圆的最边缘向所述sic晶圆中心延伸2-10mm的圆形区域。
61.在本实施例中所述步骤3又进一步包括：
62.步骤31：对整个所述sic晶圆的第二表面b进行第一类研磨工艺，以将整个所述sic晶圆的第二表面b与所述第一表面f之间的原始厚度d0均减薄成所述第一厚度d1。
63.步骤32：停止对位于所述第一区域b1中的所述第二表面b进行所述第一类研磨工艺，仅对位于所述第二区域b2中的所述第二表面b继续进行所述第一类研磨工艺，以使得所述sic晶圆的第二区域b2的厚度由所述第一厚度d1减薄成所述第二厚度d2。
64.在本发明实施例中，所述第一类研磨工艺为粗研磨工艺，所述第二类研磨工艺为精研磨工艺，所述精研磨工艺中使用的砂轮的数目多于所述粗研磨工艺中使用的砂轮的数目，且所述精研磨工艺中的用于研磨的研磨颗粒尺寸小于所述粗研磨工艺中的用于研磨的研磨颗粒尺寸。所述砂轮在本实施例中选择为金刚砂轮，所述研磨颗粒为金刚石颗粒，在所述粗研磨工艺中，所使用的砂轮目数为2000-4000目，且在进行所述粗研磨的过程中需要用去离子水di 冲洗所述第二表面b(减薄面)。在所述精研磨工艺中，所使用的砂轮目数大于等于10000目，且在进行所述粗研磨的过程中也需要用去离子水di冲洗所述第二表面b(减薄面)。此外，在进行所述步骤31中，使所述砂轮按照第一预设轨迹转动，所述sic晶圆进行自转，在进行所述步骤32的过程中，使得所述砂轮固定不动，而所述sic晶圆进行自转。
65.在进行完所述步骤4后，所述晶圆表面的处理方法还可以包括步骤4`和步骤5`。所述步骤4`为用大量的去离子水冲洗所述sic晶圆，以冲洗掉附着在所述sic晶圆的第二表面b上的较大尺寸的颗粒。所述步骤5`为对所述sic晶圆进行甩干处理，具体可以使得所述sic晶圆进行高转速的旋转，以甩干所述sic晶圆上的去离子水。
66.在减薄工艺完成后，我们需要对减薄后的所述sic晶圆进行清洗工艺步骤5，在清洗工艺的过程中，我们需要将所述sic晶圆的第一表面f保护好，而仅对所述第一区域b1中的第二表面b进行单面清洗，从而可避免对sic晶圆第一表面f的有源区造成破坏。
67.具体的所述清洗工艺步骤5包括：2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，还包括步骤51至55。
68.步骤51：提供清洗舱室，并将所述晶圆固定在清洗舱室中，使得所述sic晶圆与所述清洗舱室构成封闭的空间体，所述sic晶圆的第一表面位于所述空间体的内表面，位于所述第一区域中的所述第二表面位于所述空间体的外表面。
69.图2示意了将所述sic晶圆固定在清洗舱室1中的结构示意图，所述清洗舱室1内侧底部具有载台11，所述步骤51步骤为：以所述第二表面朝向所述载台11的方式将所述sic晶圆放置在所述载台11上，位于所述第二区域b2中的所述第二表面被所述载台11支撑，位于所述第一区域b1中的所述第二表面位于所述载台11之间且被所述清洗舱室1的底部裸露在外。所述载台11包括第一台阶111和第二台阶112，所述第一台阶111和第二台阶112的下表面为所述清洗舱室1的底部外侧表面，所述第一台阶111的上表面低于所述第二台阶112 的上表面，所述下表面与上表面为相对的两个面。位于所述第二区域b2中的所述第二表面贴在所述第一台阶111的上表面上。显然，所述载台通过两个台阶构成，且所述sic晶圆被减薄的多的第二区域贴放在所述第一台阶上，有利于防止后续清洗过程中，清洗夜进入清洗舱室1内，以保护所述sic晶圆的第一表面。此外，为了进一步确保后续的清洗夜不会进入所述清洗舱室内而破坏所述第一表面f，本发明还使得所述sic晶圆的侧面和清洗舱室内侧壁之间的空间通过压环2填充满，所述sic晶圆的侧面为所述第一表面和第二表面之间的面。具体的，所述压环2包括填充在所述sic晶圆的侧面和清洗舱室内侧壁之间的空间中的第一部分和由所述第一部分延伸至所述第二区域b2中的所述第一表面上，所述压环2的第一部分和第二部分一体成型。所述清洗舱室还包括顶盖，所述顶盖位于所述第一表面上方，所述清洗工艺过程中，所述晶圆旋转是通过所述清洗舱室围绕所述顶盖上的轴转动来实现的。
70.在将所述sic晶圆固定在清洗舱室1内后，需要对位于所述第一区域b1中的所述第二表面进行清洗，以进一步去除附着在所述所述第一区域b1中的所述第二表面上的颗粒。因此，我们需要继续进行步骤52至55，所述清洗过程中各个步骤时的所述sic晶圆的部分剖面结构示意图如图3a至3c所示。
71.步骤52：如3a所示，在步骤5`之后的所述sic晶圆的第二表面上还可能会存在较小的颗粒附着物c，我们需要将其进一步去除。因此，如图3b所示，首先我们需要在在位于所述第一区域b1中的所述第二表面上喷氧化剂，以在位于所述第一区域中的所述第二表面上形成氧化层d，然后再进行步骤53，在形成所述氧化层d的程中，sic晶圆的第二表面的颗粒 c就会被引入到氧化层d中。
72.具体的，在步骤52中，我们通过固定在支架3上的雾化喷器4沿着与轴线成第一预设夹角a的方向向位于所述第二区域b2中的所述第二表面通入所述氧化剂和去离子水经雾化处理后形成的第一混合纳米液体颗粒，以形成所述氧化层d。在通入所述第一混合纳米液体颗粒的过程中，使得所述sic晶圆按照第一预设转速进行旋转，并将所述清洗舱室内的温度控制为第一预设温度，以使得所述sic晶圆的第一区域b1中的第一表面被均匀氧化。所述第一预设转速小于或等于20r/s，所述第一预设温度不小于40摄氏度且不大于80摄氏度。所述轴线为与所述sic晶圆的第二表面垂直的线。所述第一预设夹角a不小于20度且不大于60度。所述氧化剂在本实施例中为臭氧。
73.步骤53：在所述氧化层d上喷腐蚀剂，以从位于所述第一区域b1中的所述第二表面上去除所述氧化层d，如图3c所示。所述腐蚀剂与氧化层d反应，会在去除氧化层d的同时把氧化层中的颗粒c也一并带走。
74.具体的，我们通过所述雾化喷器4沿着与所述轴线成第二预设夹角a的方向向位于所述第二区域b2中的所述第二表面通入所述腐蚀剂和去离子水经雾化处理后形成的第二混合纳米液体颗粒，以通过所述腐蚀剂与所述氧化层d发生反应而去除所述氧化层d。在通
入所述第二混合纳米液体颗粒的过程中，使得所述sic晶圆按照第二预设转速进行旋转，并将所述清洗舱室内的温度控制为第二预设温度。所述sic晶圆的旋转的离心力结合氧化层d与颗粒 c的自身重力可以把氧化层d及颗粒c一并甩离sic晶圆的第二表面，增强清洗效果。所述第二预设转速小于或等于20r/s，所述第一预设温度不小于40摄氏度且不大于80摄氏度，所述第二预设夹角a不小于20度且不大于60度。所述腐蚀剂为hf和去离子水的混合夜，所述hf和去离子水的体积比值不小于0.01且不大于1。
75.步骤54：在位于所述第一区域中的所述第二表面上喷清洗夜，以清洗位于所述第一区域中的所述第二表面上的化学物质。
76.具体的，我们通过所述雾化喷器4沿着与所述轴线成第三预设夹角a的方向向位于所述第二区域b2中的所述第二表面通入清洗液经雾化处理后形成的清洗液体颗粒，以冲洗掉所述sic晶圆的第二表面上的所述腐蚀剂。所述第三预设夹角不小于20度且不大于60度。所述清洗夜为去离子水，在通入所述清洗液体颗粒的过程中，控制所述所述去离子水液体颗粒的温度不小于25摄氏度且不大于50摄氏度，以及控制所述sic晶圆的转速小于或等于20r/s。
77.步骤55：烘干所述晶圆。
78.具体的，所述步骤55进一步包括步骤551和步骤552。
79.步骤551：按照第三预设转速旋转所述sic晶圆，以甩出所述sic晶圆的第二表面的清洗液体颗粒，所述第三预设转速比所述第一预设转速和第二预设转速均要大，从而有利于甩出所述sic晶圆的第二表面的清洗液体颗粒。
80.步骤552：向所述清洗舱室1内通入热氮，以烘干所述sic晶圆，所述热氮的温度不小于30摄氏度且不大于80摄氏度。：
81.完成所述步骤5之后，即完成所述sin晶圆的清洗工艺之后，还需要去除所述第一表面上的所述保护层a，以便进行后续的表面金属化工艺。
82.综上所述，本发明通过在所述晶圆进行减薄工艺处理期间，先采用第一类研磨工艺研磨所述晶圆的第二表面，使得所述第二区域的减薄厚度大于所述第一区域的减薄厚度，然后采用第二类研磨工艺仅对所述第一区域进行研磨，从而对所述第二表面进行了区域选择性应力释放，使所述第二表面的应力分布得到互补，进而显著性改善sic晶圆减薄后的翘曲度，减小翘曲度对后续工艺的影响。此外，本发明将所述晶圆放置在所述清洗舱室中进行清洗时，由于所述晶圆的第一区域和第二区域的减薄厚度不同，将厚度薄的第二区域贴放在所述清洗舱室的载台上，使得所述清洗舱室将所述晶圆对的第一表面保护，而仅将所述第二表面裸露，以实现仅对第二表面的清洗，从而确保了所述晶圆的第一表面在进行第二表面清洗过程中不被清洗液损坏。另外，本发明采用经过雾化后的纳米液滴颗粒清洗所述晶圆，具有更强的清洗能力和均匀性，且清洗方便、成本低容易实现。
83.依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。