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CN109308992A - 回收碳化硅衬底的方法 - Google Patents

回收碳化硅衬底的方法 Download PDF

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CN109308992A
CN109308992A CN201811099949.6A CN201811099949A CN109308992A CN 109308992 A CN109308992 A CN 109308992A CN 201811099949 A CN201811099949 A CN 201811099949A CN 109308992 A CN109308992 A CN 109308992A
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CN
China
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silicon carbide
carbide substrates
recycling
epitaxial layer
wet etching
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Application number
CN201811099949.6A
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English (en)
Inventor
倪贤锋
范谦
何伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Han Hua Semiconductors Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Han Hua Semiconductors Co Ltd
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02032—Preparing bulk and homogeneous wafers by reclaiming or re-processing

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Abstract

本申请提出一种回收碳化硅衬底的方法，包括：采用干法刻蚀去除所述碳化硅衬底上的部分外延层；采用湿法刻蚀去除剩余的外延层；清洗所述碳化硅衬底表面并吹干。本申请所提出的碳化硅衬底的回收方法，能够加快去除外延层的速率，加快了回收效率，并且无需使用抛光和研磨工艺，不会减少碳化硅衬底的厚度，降低了后续工艺的难度。

Description

回收碳化硅衬底的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种回收碳化硅衬底的方法。
背景技术
近年来，基于氮化物的HEMT(高电子迁移率晶体管)已经在移动，卫星，雷达通信等领域得到应用。在用于氮化物材料沉积的主流衬底(例如蓝宝石，硅，碳化硅等)中，由于碳化硅的制造成本较高且市场上的供应有限，所以碳化硅衬底的成本通常是其他类型衬底的10倍以上。并且，虽然碳化硅衬底具有很高的成本，但是目前主要的高性能HEMT器件均需要使用碳化硅衬底，碳化硅衬底由于对HEMT器件性能方面的高要求而无法被其它衬底代替。因此，在测试之后或氮化物材料沉积失败后对碳化硅衬底进行回收具有显著的经济效益。
回收可再用于HEMT外延的碳化硅衬底在技术上非常具有挑战性，因为回收的碳化硅衬底不仅需要表面光滑而且衬底表面不能有任何微量的化学污染。目前常规的碳化硅回收技术涉及机械减薄和抛光，由于各种抛光剂与研磨液的使用，很容易引入化学污染。此外，常规回收方法由于使用研磨与抛光工艺会使碳化硅衬底的厚度变薄，而衬底厚度变化会引起随后的氮化物外延参数(例如外延过程中衬底表面温度)的变化，进而影响最终器件的性能。
发明内容
本申请提出一种回收碳化硅衬底的方法，包括：
采用干法刻蚀去除所述碳化硅衬底上的部分外延层；
采用湿法刻蚀去除剩余的外延层；
清洗所述碳化硅衬底表面并吹干。
在一个实施例中，所述干法刻蚀为ICP干法刻蚀或者RIE干法刻蚀。
在一个实施例中，所述湿法刻蚀采用10％-50％的KOH溶液。
在一个实施例中，在所述KOH溶液中加入乙二醇，并将溶液加热到100℃以上。
在一个实施例中，所述湿法刻蚀的速率大于100nm/min。
在一个实施例中，在进行湿法刻蚀前，所述剩余外延层的厚度为10-500nm。
在一个实施例中，所述清洗所述碳化硅衬底表面并吹干，具体包括：
使用去离子水清洗所述碳化硅衬底表面；
使用氮气吹干所述碳化硅衬底。
在一个实施例中，在湿法刻蚀过程中，采用UV光照射所述外延层。
在一个实施例中，所述UV光为波长短于所述外延层材料带隙波长的光波。
本申请所提出的碳化硅衬底的回收方法，能够加快去除外延层的速率，加快了回收效率，并且无需使用抛光和研磨工艺，不会减少碳化硅衬底的厚度，降低了后续工艺的难度。
附图说明
图1为本申请一个实施例所提出的回收碳化硅衬底方法流程图；
图2-图4为回收碳化硅衬底的过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的回收碳化硅衬底的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1-图4，本实施例所提出的回收碳化硅衬底的方法包括：
S10：采用干法刻蚀去除所述碳化硅衬底上的部分外延层。
具体的，如图2所示的结构，包括所述碳化硅衬底1和位于所述碳化硅衬底1上的外延层2。所述外延层2可以包括HEMT器件结构中的缓冲层、势垒层、阻挡层等。所述外延层2的厚度大于1um。在测试完成后或者是外延层沉积失败后，需要对所述碳化硅衬底进行回收。现有的回收方法是采用湿法刻蚀去除外延层，但这种方法在使用过程中，会在外延层表面形成由晶面构成的六角形刻蚀坑和湿法刻蚀过程中自然形成的晶须，而湿法刻蚀无法去除所述晶须，还需采用额外的机械研磨去除，因此，现有方法去除外延层费时费力。本实施例中，先采用干法刻蚀去除部分外延层2。所述干法刻蚀可以是ICP(感应耦合等离子体)干法刻蚀或者是RIE(反应离子刻蚀)干法刻蚀。所述ICP干法刻蚀采用氯气和三氯化硼的混合气体为主要反应气体，对外延层2进行刻蚀，直至外延层2的厚度为10nm-500nm。干法刻蚀相比湿法刻蚀具有更高的刻蚀速率，并且可以均匀的刻蚀而不会形成化学晶面，刻蚀后的外延层2具有相对平整的表面，形成如图3所示的结构。
S20：采用湿法刻蚀去除剩余的外延层。
具体的，将剩余的外延层2浸入到溶液中以去除剩余的外延材料，形成如图4所示的结构。所述溶液可以是10％-50％KOH(氢氧化钾)的混合溶液，也可以是氢氧化钠、磷酸、柠檬酸中的一种或者混合溶液。所述湿法刻蚀的速率大于100/min。本实施例中，剩余的外延层2厚度较薄，可以避免产生大面积的刻蚀坑和晶须，具有较快的刻蚀速率。
为了加快湿法刻蚀速率，可以在KOH溶液中加入乙二醇，并将混合溶液加热至100℃以上。并且可以再湿法刻蚀的过程中，适当搅拌溶液，使刻蚀更加均匀。此外，在湿法刻蚀过程中，还可以用UV光照射外延层2，以提高刻蚀速率，所述UV光可以是波长短于外延材料带隙波长的光波，例如Xe光。UV照射可以在外延材料内形成电子空穴对，表面的空穴可以促进氧化物的形成，由此促进外延材料的刻蚀。
S30：清洗所述碳化硅衬底表面并吹干。
具体的，使用去离子水清洗碳化硅衬底1表面上的化学物质，然后用氮气吹干所述碳化硅衬底1，即完成碳化硅衬底1的回收。之后在所述碳化硅衬底1上可以再次进行外延生长。
本申请所提出的碳化硅衬底的回收方法，能够加快去除外延层的速率，加快了回收效率，并且无需使用抛光和研磨工艺，不会减少碳化硅衬底的厚度，降低了后续工艺的难度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，包括：
采用干法刻蚀去除所述碳化硅衬底上的部分外延层；
采用湿法刻蚀去除剩余的外延层；
清洗所述碳化硅衬底表面并吹干。
2.根据权利要求1所述的回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，所述干法刻蚀为ICP干法刻蚀或者RIE干法刻蚀。
3.根据权利要求1所述的回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，所述湿法刻蚀采用10％-50％的KOH溶液。
4.根据权利要求3所述的回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，在所述KOH溶液中加入乙二醇，并将溶液加热到100℃以上。
5.根据权利要求1所述的回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，所述湿法刻蚀的速率大于100nm/min。
6.根据权利要求1所述的回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，在进行湿法刻蚀前，所述剩余外延层的厚度为10-500nm。
7.根据权利要求1所述的回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，清洗所述碳化硅衬底表面并吹干，具体包括：
使用去离子水清洗所述碳化硅衬底表面；
使用氮气吹干所述碳化硅衬底。
8.根据权利要求1所述的回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，在湿法刻蚀过程中，采用UV光照射所述外延层。
9.根据权利要求8所述的回收碳化硅衬底的方法，其特征在于，所述UV光为波长短于所述外延层材料带隙波长的光波。
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