不合格的碳化硅外延片如何再生重利用？

導(dǎo)讀：天域半導(dǎo)體提出的碳化硅外延片去除外延再生襯底方案，能夠加工更高效、精確更高的去除外延層，保留襯底厚度，并提高CMP的加工效率和質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)不合格外延片再生襯底的重利用。

碳化硅同質(zhì)外延生長后，如果外延不合格則需要將外延去除，然后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光（CMP），最后恢復(fù)至與原襯底相當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)。

現(xiàn)有的去除不合格外延的方式是：先進(jìn)行單面研磨，再進(jìn)行單面初拋光，最后再進(jìn)行CMP處理。單面研磨是將外延片固定在模具上，施加一定的加壓，在金屬盤上用磨料對外延片進(jìn)行研磨切削，單面研磨的精度低，并且精度難以控制，表面質(zhì)量較差，容易引入深劃傷。

此外，研磨技術(shù)的缺點(diǎn)還有統(tǒng)一性不高，多片加工時(shí)對外延片的厚度的組合比較苛刻，并且加工效率較低。如果將研磨后的外延片再進(jìn)行CMP處理，則需要較長的時(shí)間才能去除掉損傷層。并且由于襯底的厚度不同，外延的厚度也不同，因此每一片外延片的減薄要求也不同，整體加工效率較低。

因此，為了盡可能的降低損傷層厚度、保留襯底厚度，并提高CMP的加工效率和質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不合格外延片再生襯底的重利用，天域半導(dǎo)體在2022年6月1日申請了一項(xiàng)名為“碳化硅外延片去除外延再生襯底的方法”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?02210617214.8），申請人為東莞市天域半導(dǎo)體科技有限公司。

根據(jù)該專利目前公開的相關(guān)資料，讓我們一起來看看這項(xiàng)技術(shù)方案吧。

如上圖，為該專利中提出的碳化硅外延片去除外延再生襯底的方法的流程圖。首先，測量外延片的總厚度、其平整度最大值以及其外延層上多個(gè)點(diǎn)的厚度，平整度最大值為襯底的生長外延層的側(cè)面上的最高位置與最低位置之間的高度差。

如上圖所示，外延片30經(jīng)過外延生長之后，在其襯底31的一側(cè)面上形成一外延層32。該方案中使用表面厚度測量儀來對外延層上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行厚度測量，例如對外延層上的個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量，得到厚度值hi（i=1,2,...n)，n為大于等于1的正整數(shù)。然后，使用表面平整度測量儀來測量外延片的總厚度H以及其平整度最大值TTV.MAX，平整度最大值是指襯底的生長外延層的側(cè)面上的最高位置與最低位置之間的高度差。

其次，將外延層上多個(gè)點(diǎn)的厚度取平均值以計(jì)算出其外延平均厚度，計(jì)算外延平均厚度與平整度最大值之和以得出外延片的減薄厚度。如上圖所示，將測量得到的厚度值hi（i=1,2,...n)取平均值，從而計(jì)算出其外延片的外延平均厚度。由于去除外延層是需要將襯底上的所有外延層都去除干凈，因此，該方案中的減薄厚度大于等于外延平均厚度與平整度最大值之和。

接著，根據(jù)外延平均厚度，依次通過粗砂輪對外延層進(jìn)行第一減薄處理以及通過細(xì)砂輪對外延層進(jìn)行第二減薄處理，或者通過細(xì)砂輪對外延層進(jìn)行第二減薄處理，再通過雙面刷洗機(jī)對減薄處理后的外延片的兩面進(jìn)行沖刷。

如上圖所示，為該方案中所使用的雙軸減薄機(jī)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。減薄技術(shù)是現(xiàn)有的研磨技術(shù)的升級，減薄技術(shù)具體是使用雙軸減薄機(jī)10，將外延片固定在雙軸減薄機(jī)的多孔陶瓷吸附臺12上，采用金剛石粉和樹脂等加工而成的砂輪11在高速旋轉(zhuǎn)下對外延片的表面進(jìn)行快速切削，效率高并且精度高。

最后，計(jì)算外延片的襯底的厚度，襯底的厚度等于外延片的總厚度減去減薄厚度。并將經(jīng)過沖刷之后并且襯底的厚度在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的多個(gè)外延片貼于化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的陶瓷盤，然后對這些外延片同時(shí)進(jìn)行至少一次化學(xué)機(jī)械拋光，以完全去除各外延片的外延層。

如上圖，為該方案中使用的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的局部結(jié)構(gòu)示意圖。CMP技術(shù)是外延片拋光中的最后一道工藝，具體是將外延片貼在化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的陶瓷盤22上，然后在氣缸21的加壓下使外延片與拋光液和拋光墊23相互作用，可以將外延片表面的損傷層去除，從而降低表面粗糙度。只有經(jīng)過良好的CMP加工才可以將外延片恢復(fù)至與原襯底相當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)，利用時(shí)才能生長較好的外延。

以上就是天域半導(dǎo)體提出的碳化硅外延片去除外延再生襯底方案，該方案能夠加工更高效、精確更高的去除外延層，保留襯底厚度，并提高CMP的加工效率和質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)不合格外延片再生襯底的重利用。