CN112509921A - 一种碳化硅退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳化硅退火方法，包括：首先在碳化硅晶圆单侧表面制备欧姆接触金属，其次将与所述接触金属对应的一侧碳化硅晶圆放于托盘内，然后将快速退火炉的反应腔室抽真空，最后将碳化硅晶圆进行20s‑600s的快速退火且退火温度为700℃‑1200℃，退火完成后，待腔室降温后开腔取出碳化硅晶圆。本发明提供的退火方法，使退火过程中的升温速率降低为2℃/s，退火方法更为简单；同时在不影响碳化硅芯片欧姆接触质量的条件下，解决了红外辐射加热的快速退火炉退火过程中托盘碎裂问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种碳化硅退火方法。
背景技术
SiC材料作为第三代宽禁带半导体材料具备禁带宽度大、热导率高、饱和电子漂移速度高和临界击穿场强高等，使其在功率器件及抗辐照器件等方面应用中占据重要位置，对国民经济、国防安全和社会民生等具有重要战略意义。
欧姆接触是碳化硅器件必不可少的基本工艺之一，它引入的串联电阻直接影响器件的噪声、增益、效率以及器件的可靠性，低的欧姆接触电阻在功率器件中尤为重要。碳化硅器件主要在重掺杂的样品表面淀积一种或几种过渡金属，通过高于900℃的快速退火形成欧姆接触。
目前碳化硅快速退火多采用红外辐射方式加热，由于碳化硅红外辐射透射率接近1，为保证热量吸收，通常将碳化硅放置在耐高温且导热性良好的托盘上，托盘升温后通过热传导的方式加热碳化硅。随着6英寸晶圆碳化硅的普及，需要提供一种方法来解决碳化硅生产中的瓶颈-托盘碎裂问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种碳化硅退火方法，解决了退火升温过程中托盘碎裂问题，实现了碳化硅晶圆快速退火。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种碳化硅退火方法，其改进之处在于，所述方法包括：
步骤1：于碳化硅晶圆单侧表面制备欧姆接触金属；
步骤2：将与所述接触金属对应的一侧碳化硅晶圆放于下有测温件、上有红外加热件的退火炉的托盘内；
步骤3：将退火炉的腔室内抽真空并通入退火气氛；
步骤4：于700℃-1200℃下将碳化硅晶圆进行20s-600s的退火。
优选的，所述步骤1，包括：
取1片SiC晶圆，在所述SiC晶圆的单侧表面溅射或蒸发金属Ni且溅射或蒸发的金属膜总厚度小于等于800nm。
优选的，所述托盘的耐受温度大于等于1200℃。
优选的，所述步骤3抽真空，包括：
将退火炉的腔室内抽真空并保持真空状态。
优选的，所述步骤3，通入退火气氛包括：
将退火炉的反应腔室内通入N2、Ar或氮氢混合气体至一个大气压。
优选的，所述于700℃-1200℃下将碳化硅晶圆进行20s-600s的退火，包括：
1)第一段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至150℃-280℃，并保持温度30-180秒；
2)第二段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至350℃-450℃，并保持温度20-60秒；
3)第三段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至500℃-640℃，并保持温度20-60秒；
4)第四段升温，于2℃/秒-6℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至温度小于预设的退火温度的10-50℃；
5)第五段升温退火，于1℃/秒-4℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至预设温度700℃-1200℃，开始退火，退火时间为20-600秒。
优选的，所述步骤4之后，还包括：
待腔室温度小于等于200℃时，打开腔室取出碳化硅晶圆。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
(1)本发明提供的一种碳化硅退火方法，使退火过程中的升温速率降低为2℃/s，使得退火方法更为简单；
(2)本发明提供的一种碳化硅退火方法，在不影响碳化硅芯片欧姆接触质量的条件下，解决了红外辐射加热的快速退火炉退火过程中托盘碎裂问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种碳化硅退火方法的退火设备腔室结构示意图；
图2是本发明提供的一种碳化硅退火方法的退火流程示意图；
图3是本发明提供的一种碳化硅退火方法的退火温度和时间示意图；
其中，11碳化硅晶圆，12测温件，13红外加热件，14托盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供了一种碳化硅欧姆接触退火方法，所述方法包括：
步骤1：取1片N型掺杂的碳化硅晶圆在所述碳化硅晶圆的单侧表面溅射包含金属Ni的金属膜且其厚度小于等于800nm，制备N型欧姆接触金属；
步骤2：如图1所示，将与所述接触金属对应的一侧碳化硅晶圆11放于下有测温件12、上有红外加热件13的退火炉的托盘14内；
如图2所示的具体退火流程示意图包括步骤3、步骤4和步骤5；
其中，步骤3：将退火炉的腔室内抽真空并通入N2退火气氛的一个大气压至反应腔室；
步骤4：于700℃-1200℃下将碳化硅晶圆进行20s-600s的退火，其中，退火流程包括：第一段升温-保持温度-第二段升温-保持温度-第三段升温-保持温度-第四段升温-第五段升温并进行退火。
具体的，所述托盘的耐受温度大于等于1200℃。
具体的，如图3所示的退火温度示意图，所述退火具体包括：
1)从零度开始保持60秒后第一段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至200℃，并保持温度180秒；
2)第二段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至400℃，并保持温度60秒；
3)第三段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至600℃，并保持温度60秒；
4)第四段升温，于2℃/秒-6℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至990℃；
5)第五段升温退火，于1℃/秒-4℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至预设温度1000℃，开始退火，退火时间为80秒。
具体的，所述步骤4完成后，还可以包括：
待腔室温度小于等于200℃时，打开腔室取出碳化硅晶圆。
实施例2
本发明提供了一种碳化硅退火方法，所述方法包括：
步骤1：取1片P型掺杂的碳化硅晶圆在所述碳化硅晶圆的单侧表面蒸发包含金属Ni的金属膜且其厚度小于等于800nm，制备P型欧姆接触金属；
步骤2：将与所述接触金属对应的一侧碳化硅晶圆11放于下有测温件12、上有红外加热件13的退火炉的托盘14内；
步骤3：将退火炉的反应腔室抽真空并通入Ar退火气氛的一个大气压至反应腔室；
步骤4：于700℃-1200℃下将碳化硅晶圆进行20s-600s的退火，其中，退火流程包括：第一段升温-保持温度-第二段升温-保持温度-第三段升温-保持温度-第四段升温-第五段升温并进行退火。
具体的，所述托盘的耐受温度大于等于1200℃。
具体的，所述退火具体包括：
1)从零度开始保持60秒后第一段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至150℃，并保持温度60秒；
2)第二段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至350℃，并保持温度20秒；
3)第三段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至500℃，并保持温度20秒；
4)第四段升温，于2℃/秒-6℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至650℃；
5)第五段升温退火，于1℃/秒-4℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至预设温度700℃，开始退火，退火时间为20秒。
具体的，所述步骤4完成后，还可以包括：
待腔室温度小于等于200℃时，打开腔室取出碳化硅晶圆。
实施例3
本发明提供了一种碳化硅退火方法，所述方法包括：
步骤1：取1片P型掺杂的碳化硅晶圆在所述碳化硅晶圆的单侧表面蒸发包含金属Ni的金属膜且其厚度小于等于800nm，制备P型欧姆接触金属；
步骤2：将与所述接触金属对应的一侧碳化硅晶圆11放于下有测温件12、上有红外加热件13的退火炉的托盘14内
步骤3：将反应腔室抽真空并保持真空状态；
步骤4：于700℃-1200℃下将碳化硅晶圆进行20s-600s的退火，其中，退火流程包括：第一段升温-保持温度-第二段升温-保持温度-第三段升温-保持温度-第四段升温-第五段升温并进行退火。
具体的，所述托盘的耐受温度大于等于1200℃。
具体的，所述退火具体包括：
1)从零度开始保持60秒后第一段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至280℃，并保持温度180秒；
2)第二段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至450℃，并保持温度50秒；
3)第三段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至700℃，并保持温度40秒；
4)第四段升温，于2℃/秒-6℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至1170℃；
5)第五段升温退火，于1℃/秒-4℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至预设温度1200℃，开始退火，退火时间为600秒。
具体的，所述步骤4完成后，还可以包括：
待腔室温度小于等于200℃时，打开腔室取出碳化硅晶圆。
在实施例1、实施例2和实施例3的实验过程中，托盘14均未碎裂且碳化硅芯片欧姆接触质量并未受到影响，由此可知在升温速率降低为2℃/s的简单退火方法且不影响碳化硅芯片欧姆接触质量的条件下，解决了红外加热件13在进行红外辐射加热过程中托盘14碎裂问题。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种碳化硅退火方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：于碳化硅晶圆单侧表面制备欧姆接触金属；
步骤2：将与所述接触金属对应的一侧碳化硅晶圆放于下有测温件、上有红外加热件的退火炉的托盘内；
步骤3：将退火炉的腔室内抽真空并通入退火气氛；
步骤4：于700℃-1200℃下将碳化硅晶圆进行20s-600s的退火。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1，包括：
取1片SiC晶圆，在所述SiC晶圆的单侧表面溅射或蒸发金属Ni且溅射或蒸发的金属膜总厚度小于等于800nm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述托盘的耐受温度大于等于1200℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3抽真空，包括：
将退火炉的腔室内抽真空并保持真空状态。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3通入退火气氛，包括：
将退火炉的反应腔室内通入N2、Ar气或氮氢混合气体至一个大气压。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述于700℃-1200℃下将碳化硅晶圆进行20s-600s的退火，包括：
1)第一段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至150℃-280℃，并保持温度30-180秒；
2)第二段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至350℃-450℃，并保持温度20-60秒；
3)第三段升温，于2℃/秒-10℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至500℃-640℃，并保持温度20-60秒；
4)第四段升温，于2℃/秒-6℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至温度小于预设的退火温度的10-50℃；
5)第五段升温退火，于1℃/秒-4℃/秒的升温速率下将退火炉内的反应腔室升温至预设温度700℃-1200℃，开始退火，退火时间为20-600秒。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4之后，还包括：
待腔室温度小于等于200℃时，打开腔室取出碳化硅晶圆。
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|---|---|---|---|---|
| CN115418725A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-12-02 | 浙江大学杭州国际科创中心 | 一种氮化硅薄膜热退火方法和装置 |
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2020
- 2020-11-13 CN CN202011266157.0A patent/CN112509921A/zh active Pending
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| CN115418725A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-12-02 | 浙江大学杭州国际科创中心 | 一种氮化硅薄膜热退火方法和装置 |
| CN115418725B (zh) * | 2022-07-28 | 2024-04-26 | 浙江大学杭州国际科创中心 | 一种氮化硅薄膜热退火方法和装置 |
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