單晶SiC晶圓加工過程中的低溫濕法蝕刻

引言

硅片在大口徑化的同時，要求規(guī)格的嚴(yán)格化迅速發(fā)展。特別是由于平坦度要求變得極其嚴(yán)格，因此超精密磨削技術(shù)得以開發(fā)，實現(xiàn)了無蝕刻化，無拋光化。雖然在單晶SiC晶片上晶片磨削技術(shù)的開發(fā)也在進(jìn)行，但在包括成本在內(nèi)的綜合性能方面還留有課題。因此，與硅不同，沒有適當(dāng)?shù)娜コ庸p傷的蝕刻技術(shù)，擔(dān)心無法切實去除搭接后的殘留損傷。本方法以開發(fā)適合于去除加工損傷的濕蝕刻技術(shù)為目的，以往的濕蝕刻是評價結(jié)晶缺陷的條件，使用加熱到500℃以上的KOH熔體的，溫度越高，安全性存在問題，蝕刻速率高。

實驗

以低溫濕蝕刻為目的，使用以下3種藥液進(jìn)行了浸漬實驗。藥液a :高錳酸鉀類藥液.

藥液b :將鐵氰化鉀的水溶液和氫氧化鈉的水溶液混合而成。藥液c :用于參考比較的氫氧化鈉水溶液。

將藥液分別放入燒杯，在熱板上加熱，液溫達(dá)到100℃后，浸漬SiC晶片20分鐘(圖1 ) 。所使用的晶片為偏離角4°的單晶3英寸4H-SiC晶片，加工面狀態(tài)為金剛石拋光面。經(jīng)過規(guī)定的時間對表面狀態(tài)進(jìn)行了觀察和測量。關(guān)于蝕刻效果，測量浸漬前后的重量，將其差值作為蝕刻速率求出。因此，蝕刻速率的計算值為Si面和c面之和。

圖1 實驗方法

結(jié)果和討論

根據(jù)重量變化計算出的蝕刻速率的比較如圖2所示。藥液C中幾乎沒有重量變化，蝕刻速率的計算值在Si面和C面的和中為2nm/min.將其換算成1小時的話，兩面都是120nm/hr，很難說是生產(chǎn)過程中可以利用的速率，可以說沒有蝕刻效果。

圖2 蝕刻速率比較

在化學(xué)液體B的情況下，發(fā)現(xiàn)重量變化，并且當(dāng)計算蝕刻速率時，Si面和C面的總和變?yōu)?4nm/min。如果將該值換算成1小時，則約為2um/hr。使用藥液A時，蝕刻速率的計算值為95nm/min，是藥液B的2.8倍。如果將該值換算成1小時，則為5.7 um/hr。

在本項中，以以下2個目的改變浸漬條件進(jìn)行了實驗:(1)高溫長時間下的蝕刻速率的確認(rèn)，(2)更低溫度范圍下的蝕刻速率的確認(rèn)。藥液A的設(shè)定溫度為140℃，浸漬時間設(shè)定為60分鐘。使用的晶圓是偏角為4°的單晶4英寸4H―SiC，AsCMP的晶圓，Sa在0.1 nm以下。根據(jù)重量變化計算的蝕刻速率為80.9 nm/min。

將藥液A的設(shè)定溫度設(shè)定為70℃，調(diào)查了蝕刻速率。浸泡時間與基礎(chǔ)實驗相同，為20分鐘。使用的晶圓是偏角為4°的單晶4英寸4H―SiC，AsCMP的晶圓，Sa在0.1 nm以下。根據(jù)重量變化計算出的蝕刻速率為18.6 nm/min.另外，在本條件下，氣泡的產(chǎn)生較少，晶圓在燒杯底部大致處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此速率可能較低。

對浸漬后的表面進(jìn)行了測定。測定設(shè)為Si面、C面的任意3點。圖像的例子如圖3所示。高溫、長時間的情況下，Si面中比劃痕的暴露更深的凹坑零星出現(xiàn)，可以看出C面中整體有很大的粗糙。低溫的情況下，Si面中沒有發(fā)生凹坑，劃痕被明確地表現(xiàn)出來，C面雖然整體粗糙，但其程度比高溫、長時間的情況要輕度。

圖3 SiC晶片浸漬后的表面狀態(tài)

總結(jié)

在單晶SiC晶圓的加工過程中，研究了適合于去除加工損傷的低溫濕法蝕刻。通過使用高錳酸鉀系列的藥液，確認(rèn)了大幅度低于KOH的熔點360℃的低溫濕法蝕刻是可能的。今后，我們將進(jìn)一步調(diào)查浸漬條件對蝕刻特性的影響，同時對Si面和C面的蝕刻速率進(jìn)行個別測量，并對浸漬面的表面狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。同時，我們將研究是否可以形成適合于晶體缺陷檢測的蝕刻坑。

審核編輯：湯梓紅