单晶SiC晶圆加工过程中的低温湿法蚀刻

引言

硅片在大口径化的同时，要求规格的严格化迅速发展。特别是由于平坦度要求变得极其严格，因此超精密磨削技术得以开发，实现了无蚀刻化，无抛光化。虽然在单晶SiC晶片上晶片磨削技术的开发也在进行，但在包括成本在内的综合性能方面还留有课题。因此，与硅不同，没有适当的去除加工损伤的蚀刻技术，担心无法切实去除搭接后的残留损伤。本方法以开发适合于去除加工损伤的湿蚀刻技术为目的，以往的湿蚀刻是评价结晶缺陷的条件，使用加热到500℃以上的KOH熔体的，温度越高，安全性存在问题，蚀刻速率高。

实验

以低温湿蚀刻为目的，使用以下3种药液进行了浸渍实验。药液a :高锰酸钾类药液.

药液b :将铁氰化钾的水溶液和氢氧化钠的水溶液混合而成。药液c :用于参考比较的氢氧化钠水溶液。

将药液分别放入烧杯，在热板上加热，液温达到100℃后，浸渍SiC晶片20分钟(图1 ) 。所使用的晶片为偏离角4°的单晶3英寸4H-SiC晶片，加工面状态为金刚石抛光面。经过规定的时间对表面状态进行了观察和测量。关于蚀刻效果，测量浸渍前后的重量，将其差值作为蚀刻速率求出。因此，蚀刻速率的计算值为Si面和c面之和。

图1 实验方法

结果和讨论

根据重量变化计算出的蚀刻速率的比较如图2所示。药液C中几乎没有重量变化，蚀刻速率的计算值在Si面和C面的和中为2nm/min.将其换算成1小时的话，两面都是120nm/hr，很难说是生产过程中可以利用的速率，可以说没有蚀刻效果。

图2 蚀刻速率比较

在化学液体B的情况下，发现重量变化，并且当计算蚀刻速率时，Si面和C面的总和变为34nm/min。如果将该值换算成1小时，则约为2um/hr。使用药液A时，蚀刻速率的计算值为95nm/min，是药液B的2.8倍。如果将该值换算成1小时，则为5.7 um/hr。

在本项中，以以下2个目的改变浸渍条件进行了实验:(1)高温长时间下的蚀刻速率的确认，(2)更低温度范围下的蚀刻速率的确认。药液A的设定温度为140℃，浸渍时间设定为60分钟。使用的晶圆是偏角为4°的单晶4英寸4H―SiC，AsCMP的晶圆，Sa在0.1 nm以下。根据重量变化计算的蚀刻速率为80.9 nm/min。

将药液A的设定温度设定为70℃，调查了蚀刻速率。浸泡时间与基础实验相同，为20分钟。使用的晶圆是偏角为4°的单晶4英寸4H―SiC，AsCMP的晶圆，Sa在0.1 nm以下。根据重量变化计算出的蚀刻速率为18.6 nm/min.另外，在本条件下，气泡的产生较少，晶圆在烧杯底部大致处于静止状态，因此速率可能较低。

对浸渍后的表面进行了测定。测定设为Si面、C面的任意3点。图像的例子如图3所示。高温、长时间的情况下，Si面中比划痕的暴露更深的凹坑零星出现，可以看出C面中整体有很大的粗糙。低温的情况下，Si面中没有发生凹坑，划痕被明确地表现出来，C面虽然整体粗糙，但其程度比高温、长时间的情况要轻度。

图3 SiC晶片浸渍后的表面状态

总结

在单晶SiC晶圆的加工过程中，研究了适合于去除加工损伤的低温湿法蚀刻。通过使用高锰酸钾系列的药液，确认了大幅度低于KOH的熔点360℃的低温湿法蚀刻是可能的。今后，我们将进一步调查浸渍条件对蚀刻特性的影响，同时对Si面和C面的蚀刻速率进行个别测量，并对浸渍面的表面状态进行详细调查。同时，我们将研究是否可以形成适合于晶体缺陷检测的蚀刻坑。

审核编辑：汤梓红