TWI741911B

TWI741911B - 磊晶層去除方法

Info

Publication number: TWI741911B
Application number: TW109144456A
Authority: TW
Inventors: 徐文慶; 洪士哲; 余文懷
Original assignee: 環球晶圓股份有限公司
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-10-01
Also published as: TW202226375A; CN114639591B; CN114639591A

Abstract

一種磊晶層去除方法，包括：提供形成有待處理的氮化鎵磊晶層的一基板。接著對基板進行高溫熱處理，以使氮化鎵磊晶層氧化成為氧化鎵層，再對基板進行去離子水清洗，並搭配超音波震盪，以去除部分的氧化鎵層。然後使用清洗劑清除基板上的氧化鎵層。

Description

磊晶層去除方法

本發明是有關於一種磊晶用基板的處理技術，且特別是有關於一種磊晶層去除方法。

磊晶（Epitaxy）是指在晶圓上長出新結晶，以形成半導體層的技術。經磊晶製程可以在基板上成長氮化鎵磊晶層，最後再分離基板及磊晶層。然而在分離後的基板上會殘留磊晶層，需進行磊晶層的移除製程，而可以回收基板在進行下一次的磊晶製程。

過去在移除基板時，多使用物理性的研磨將磊晶層去除。然而受限於現有加工能力限制，無法僅研磨3微米或以下的厚度。若強行進行研磨，不但需要多研磨部份的基板，也容易導致基板幾何變化量過大而造成缺陷，使基板上成長的磊晶品質降低，造成基板回收的成本提高。此外，研磨製程步驟繁瑣，不但產能低，且成本也偏高。

本發明提供一種磊晶層去除方法，可以不用透過研磨製程順利移除基板上的磊晶層，也使基板幾何外貌不會受到嚴重破壞和影響，可以有效去除基板外周斜角（bevel）的氮化鎵層。並在未來對應特殊形貌的基板，仍舊能保有十分良好的幾何外貌。

本發明的一種磊晶層去除方法，包括：提供形成有待處理的氮化鎵磊晶層的一基板；對基板進行高溫熱處理，以使氮化鎵磊晶層氧化成為氧化鎵層；對基板進行去離子水清洗，並搭配超音波震盪，以去除部分的氧化鎵層；以及使用清洗劑清除基板上的氧化鎵層。

在本發明的一實施例中，上述高溫熱處理的溫度例如在1150°C~1400°C，且高溫熱處理的時間例如在0.5小時~2小時。

在本發明的一實施例中，上述高溫熱處理期間的壓力例如在0.5 atm以上。

在本發明的一實施例中，上述高溫熱處理期間的氧含量例如大於16%。

在本發明的一實施例中，上述超音波震盪的頻率/功率例如大於40kHz/1200W，且超音波震盪的震盪時間例如大於20分鐘。

在本發明的一實施例中，上述基板包括矽基板或碳化矽基板。

在本發明的一實施例中，上述清洗劑包括氟化氫或硫酸與過氧化氫的混合物(SPM)。

在本發明的一實施例中，上述SPM中硫酸與過氧化氫的配比例如是4:1。

在本發明的一實施例中，在上述使用氟化氫之步驟後，還可包括：對基板進行第二道去離子水清洗，以去除基板的表面的氟化氫，再對基板進行精拋，以使其表面鏡面化，然後對基板進行RCA清洗。

在本發明的一實施例中，上述對基板進行精拋之步驟前，還可包括利用氣槍清除在基板外周斜角（bevel）端殘餘的氧化鎵層，其中氣槍的噴氣壓力例如大於14.7psi。

在本發明的一實施例中，上述基板在形成氧化鎵層之前與去除氧化鎵層之後的厚度變化量例如小於0.1%。

在本發明的一實施例中，上述基板在形成氧化鎵層之前與去除氧化鎵層之後的平坦度變化量、彎曲度變化量與翹曲度變化量中的至少一項例如小於20%。

基於上述，本發明提供形成有待處理的氮化鎵磊晶層的一基板，並對基板進行高溫熱處理、去離子水清洗搭配超音波震盪，以及使用清洗劑清除基板上的氧化鎵層，以順利移除基板上的磊晶層，也使基板幾何外貌不會受到嚴重破壞和影響的前提下，將基板回收，也可以有效去除基板外周斜角（bevel）的氮化鎵層，並在未來對應特殊形貌的基板，仍舊能保有十分良好的幾何外貌。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明一實施例的一種磊晶層去除方法的步驟圖。

首先，請參照圖1，進行步驟S100，提供形成有待處理的氮化鎵磊晶層的基板，氮化鎵磊晶層的厚度並沒有限定，例如在3μm以下。基板可為矽基板或碳化矽基板，其中因為碳化矽基板的價格昂貴，所以利用本發明的磊晶層去除方法可以有效提高碳化矽基板的回收率，進而降低成本。

接著進行步驟S110，對基板進行高溫熱處理，以使氮化鎵磊晶層氧化成為氧化鎵層。在高溫下，氮化鎵會開始反應形成β-型氧化鎵(β-Ga ₂O ₃)，由於氧化後β-型氧化鎵(β-Ga ₂O ₃)的晶格匹配度與基板產生變化，而容易從基板產生剝離(Peeling)現象。在本實施例利用上述基板產生的剝離(Peeling)現象，有助於後續以物理方式去除氧化鎵層。其中使用高溫熱處理的溫度及時間刻意的高於一般常用的退火參數，以使氮化鎵氧化成β-型氧化鎵(β-Ga ₂O ₃)。本實施例的高溫熱處理的溫度例如為1150°C~1400°C，較佳為1175°C~1225°C，更佳為1200°C。且高溫熱處理的時間例如為0.5小時~2小時，較佳為0.75小時~1.25小時，更佳為1小時。高溫熱處理的壓力及供給的氧含量並沒有特別的限制，然而碳化矽基板在小於0.5 atm會容易揮發，因此壓力較佳在0.5 atm以上，較佳為0.75 atm ~ 1.25 atm，更佳為1 atm，可以穩定碳化矽基板。而氧含量較佳為大於16%，因為如果氧含量過低，會造成整體的反應時間變長。

在高溫熱處理後進行步驟S120，對基板進行去離子水清洗，並搭配超音波震盪，以去除部分的氧化鎵層。超音波震盪的頻率/功率例如可大於40kHz/1200W，且超音波震盪的震盪時間例如可大於20分鐘。文中的「/」代表「以及」。在去離子水清洗及超音波震盪後，可以去除前述部分的β-型氧化鎵(β-Ga ₂O ₃)。

在去離子水清洗後，基板上依然殘留部份未剝離的氧化鎵層，而在基板的外觀上有些許凸起，因此進行步驟S130，使用清洗劑清除基板上的氧化鎵層。本發明中的清洗劑並沒有特別的限制，可使用常用的化學藥劑清除基板上的氧化鎵層，其中較佳為使用氟化氫(HF)或硫酸與過氧化氫的混合物(SPM)，更佳為使用氟化氫(HF)。在SPM中，硫酸與過氧化氫的配比例如是4:1。使用此類的清洗劑可以良好的去除基板上的氧化鎵層凸起，以及可以良好的去除基板外周斜角（bevel）端殘餘的氧化鎵層。本實施例由於搭配超音波震盪及清洗劑清洗等步驟(步驟S120與S130)，可以有效地強化去除氧化鎵層的功效。

過去研磨製程步驟中不易去除基板外周斜角（bevel）的氮化鎵磊晶層，而容易在邊緣殘留未去除的氮化鎵磊晶層。本實施例以高溫熱處理及清洗劑等化學方式，可以有效去除基板外周斜角（bevel）的氮化鎵層。在未來對應特殊形貌的基板，仍舊能保有十分良好的幾何外貌。

在以清洗劑清除基板上的氧化鎵層後，可選擇性地進行步驟S140，對基板進行第二道去離子水清洗，以去除基板的表面的化學藥劑。然後可在第二道去離子水清洗後，進行去除基板表面水分的步驟，其方式並沒有限定，例如可以使用旋乾基板的方式快速地將殘留於基板表面的水分去除。

接著可依需求進行步驟S150，利用氣槍清除的方式去除殘留的氧化鎵層。具體而言，可以利用氣槍清除在基板外周斜角（bevel）端殘餘的氧化鎵層，其中氣槍的噴氣壓力例如大於14.7psi，進而使基板外周斜角（bevel）端殘餘的氧化鎵層能被去除乾淨。

由於前述的製程中可能會對基板造成細微的損傷，因此接下來可包含進行步驟S160，對基板進行精拋，以使其表面鏡面化。精拋製程目的是用研磨的方式來移除基板上的大部分刮傷、損傷層，並改善表面粗糙度，而並沒有特別限定何種研磨方式，例如是在軟墊材質上進行研磨。

然後可包含進行步驟S170，對經過精拋後的基板進行RCA清洗，其中RCA清洗製程包括使用水（H ₂O）/過氧化氫（H ₂O ₂）/氨水（NH ₄OH）的混合液（亦即，標準清洗液SC1）、使用水（H ₂O）/過氧化氫（H ₂O ₂）/鹽酸（HCl）之混合液（亦即，標準清洗液SC2）或使用上述SC1與SC2的組合。SC1溶液作用為去除晶圓表面之塵粒吸附，並可氧化及去除輕微的有機物污染及部份金屬原子污染。SC2溶液可溶解鹼金屬離子和鋁、鐵及鎂之氫氧化物，此乃藉由鹽酸中氯離子與殘留金屬離子形錯合物而溶解於水溶液中。至此，已完成本實施例的磊晶層去除方法。

以上基於實施例對本發明磊晶層去除方法進行了說明，但本發明可不限定於所述實施形態地進行各種變形實施，例如省略步驟S140、S150、S160與S170中的一道或多道步驟，也可在以上步驟中加入其他可以有助於去除磊晶層的步驟。

以下示出實驗例及比較例，對本發明進行更具體說明。其中，本發明並不受該些記載的任何限定。

[實驗例1]

首先，提供一個形成有處理前的氮化鎵磊晶層的碳化矽基板，接著將基板置於加熱爐中，以高溫1200°C、壓力1atm及氧含量16%的條件下加熱1小時。接著置於去離子水中，並搭配以頻率/功率為12kHz/1200W的超音波震盪20分鐘。將處理後的碳化矽基板以多傳感器測定裝置(FRT company)進行厚度、平坦度、彎曲度與翹曲度的量測，其結果示於下述表1中。

[比較例1]

在比較例1中，提供一個形成有處理前的氮化鎵磊晶層的碳化矽基板，接著以過去常用物理性的研磨去除表面的磊晶層，研磨厚度為10μm，而後再置於去離子水中，並搭配以頻率/功率為12kHz/1200W的超音波震盪20分鐘。將處理後的碳化矽基板進行厚度、平坦度、彎曲度與翹曲度的量測，量測方法為如同實施例1，其結果示於下述表1中。

[表1]

移除方法	處理方法	厚度 [μm]	平坦度 [μm]	彎曲度 [μm/m]	翹曲度 [μm]
實施例1	處理前基板	504.74	1.67	10.74	18.35
處理後基板	504.53	1.56	11.31	16.49
差異比例(%)	0.042	6.59	5.31	10.14
比較例1	處理前基板	500	1.67	10.74	18.35
處理後基板	485~495	＜1.336	＞20	＞40
差異比例(%)	＞1	20~100	＞100	＞100

根據上述表1的結果所示，實施例1所使用的高溫熱處理法，可以使處理後的基板相較於處理前的基板，在厚度、平坦度、彎曲度及翹曲度皆優於比較例1所使用過去常用的研磨製程。尤其是實施例1有相對較小的厚度變化量，即厚度變化量差異比例小於0.1%，且實施例1也有相對較小的平坦度(Flatness)、彎曲度(Bow)與翹曲度(Wrap)，三項指標中至少一項的差異比例皆小於20%。

綜上所述，本發明的實施方式可以取代過去常用的研磨製程，使具有氮化鎵磊晶層的基板的幾何外貌在去除磊晶層後不會受到嚴重破壞和影響，可以有效去除基板外周斜角（bevel）的氮化鎵層。在未來對應特殊形貌的基板，仍舊能保有十分良好的幾何外貌，以達成基板的回收並有效的減少損耗。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S100、S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170:步驟

圖1是依照本發明一實施例的一種磊晶層去除方法的步驟圖。

S100、S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170:步驟

Claims

一種磊晶層去除方法，包括：提供形成有待處理的氮化鎵磊晶層的一基板；對所述基板進行高溫熱處理，以使所述氮化鎵磊晶層氧化成為氧化鎵層；對所述基板進行去離子水清洗，並搭配超音波震盪，以去除部分的所述氧化鎵層；以及使用清洗劑清除所述基板上的所述氧化鎵層。
如請求項1所述的磊晶層去除方法，其中所述高溫熱處理的溫度在1150°C~1400°C，且所述高溫熱處理的時間在0.5小時~2小時。
如請求項1所述的磊晶層去除方法，其中所述高溫熱處理期間的壓力在0.5 atm以上。
如請求項1所述的磊晶層去除方法，其中所述高溫熱處理期間的氧含量大於16%。
如請求項1所述的磊晶層去除方法，其中所述超音波震盪的頻率/功率大於40kHz/1200W，且所述超音波震盪的震盪時間大於20分鐘。
如請求項1所述的磊晶層去除方法，其中所述基板包括矽基板或碳化矽基板。
如請求項1所述的磊晶層去除方法，其中所述清洗劑包括氟化氫或硫酸與過氧化氫的混合物(SPM)。
如請求項7所述的磊晶層去除方法，其中所述硫酸與過氧化氫的混合物中硫酸與過氧化氫的配比是4:1。
如請求項7所述的磊晶層去除方法，其中在使用氟化氫之後，更包括：對所述基板進行第二道去離子水清洗，以去除所述基板的表面的氟化氫；對所述基板進行精拋，以使其表面鏡面化；以及對所述基板進行RCA清洗。
如請求項9所述的磊晶層去除方法，其中在對所述基板進行精拋之前，更包括利用氣槍清除在所述基板外周斜角（bevel）端殘餘的所述氧化鎵層，其中所述氣槍的噴氣壓力大於14.7psi。
如請求項1所述的磊晶層去除方法，其中所述基板在形成所述氧化鎵層之前與去除所述氧化鎵層之後的厚度變化量小於0.1%。
如請求項1所述的磊晶層去除方法，其中所述基板在形成所述氧化鎵層之前與去除所述氧化鎵層之後的平坦度變化量、彎曲度變化量與翹曲度變化量中的至少一項小於20%。