[发明专利]一种碳化硅单晶薄膜的制备方法

权利要求书

1.一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：第一次样品清洗，对碳化硅晶圆和硅晶圆衬底的表面清洁，以此来保证后续晶圆键合的质量和碳化硅单晶薄膜的质量；

第二步：晶圆键合，将碳化硅晶圆与硅晶圆衬底键合；

第三步：原始厚度测量，对经过晶圆键合后的碳化硅晶圆与硅晶圆衬底的总厚度的测量；

第四步：碳化硅减薄，采用机械研磨的方法对附着在硅晶圆衬底上的碳化硅材料进行机械减薄，使用的设备是在线厚度监测的碳化硅减薄设备；

第五步：厚度监测，碳化硅单晶薄膜的目标厚度设置为20±3微米，当碳化硅单晶薄膜厚度首次到距离目标厚度小于30微米时，暂停碳化硅减薄工艺和厚度监测工艺并进行第六步；当再次进行碳化硅减薄工艺并且碳化硅单晶薄膜厚度距离目标厚度小于3微米时，暂停碳化硅减薄工艺和厚度监测工艺并进行第六步工艺二次厚度测量；

第六步，二次厚度测量，对厚度监测达标之后的碳化硅晶圆进行厚度测量校准和确认，如果碳化硅单晶薄膜厚度已达到目标厚度，即进行第七步工艺化学机械抛光，如果碳化硅单晶薄膜厚度未达到目标厚度，则继续第四步和第五步工艺；

第七步，化学机械抛光，对碳化硅材料表面的平坦化和精细减薄，表面粗糙度达到低于0.2纳米，使碳化硅减薄工艺导致的粗糙表面平坦化，同时去除碳化硅单晶薄膜上的机械损伤层；

第八步，第二次样品清洗，对化学机械抛光后的样品的表面清洁；在进行化学机械抛光之后，对样品进行多次样品清洗，去除样品表面的颗粒物和研磨液；

第九步，对碳化硅单晶薄膜厚度、表面粗糙度重要参数的表征；如果表征结果显示碳化硅单晶薄膜样品厚度和表面粗糙度参数未达到要求，便重复化学机械抛光工艺、样品清洗工艺和薄膜表征工艺，直到碳化硅单晶薄膜样品达到预期要求，从而得到制备好的碳化硅单晶薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第一步中，第一次样品清洗的方法采用RCA标准清洗法。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第二步中，所述碳化硅晶圆和硅晶圆衬底大小一致，或者碳化硅晶圆小于硅晶圆衬底；碳化硅晶圆和硅晶圆衬底需要至少各有一个面是经过化学机械抛光处理的表面，碳化硅晶圆和硅晶圆衬底的两个抛光面正面接触，将碳化硅晶圆和硅晶圆衬底一起放入晶圆键合机(WaferBonding)中，进行标准的晶圆键合工艺。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第二步中，用于晶圆键合的碳化硅晶圆选择4H碳化硅、6H碳化硅或3C碳化硅。

5.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第三步中，所述原始厚度测量使用测厚仪测量经过晶圆键合后的碳化硅晶圆的原始厚度，为所述第五步和第六步测量碳化硅单晶薄膜厚度作参考。

6.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第五步中，所述厚度监测使用在线厚度监测设备实时监测在碳化硅减薄工艺实施过程中的碳化硅晶圆和硅晶圆衬底的总厚度，与第三步中测得的原始厚度求差值，该差值的绝对值即为碳化硅单晶薄膜的厚度。

7.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第六步中，所述二次厚度测量使用测厚仪测量经过碳化硅减薄工艺之后的碳化硅晶圆和硅晶圆衬底的总厚度，与第三步中测得的原始厚度求差值，该差值的绝对值即为碳化硅单晶薄膜的厚度。

8.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第八步中，第二次样品清洗采用RCA标准清洗法。

9.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第九步中，表征时对碳化硅单晶薄膜样品进行多项表征，使用椭偏仪或膜厚仪测量碳化硅单晶薄膜的厚度，使用原子力显微镜测量碳化硅单晶薄膜的表面粗糙度。

10.根据权利要求1所述的一种碳化硅单晶薄膜的制备方法，其特征在于：所述第二步～第七步中，所制备的碳化硅单晶薄膜是硅衬底上的异质材料，能从衬底上分离出来。