CN114188213B - 一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法，包括以下步骤：(1)碳化硅曝光显影；(2)干法刻蚀；(3)干法去胶；(4)金属蒸发；(5)蒸发后热处理；在步骤(3)和步骤(4)之间进行“背部氧化层去除”，在步骤(5)之后进行“去除碳析出”工艺。本发明针对碳化硅制程工艺中存在的碳析出问题，在流程中增加了两道工艺。第一道去除了干法去胶后碳化硅晶圆背面存在的氧化物，以便于形成干净整洁的晶圆背面，有利于控制晶圆的传送和后续工艺制程的背部污染；第二道利用干法和湿法结合去除金属蒸发在碳化硅表面并进行高温热处理后表面析出的碳，很好地控制了碳析出造成的传送问题和污染问题。图五显示了干净的碳化硅背部。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆传送方法，尤其涉及一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法。
背景技术
目前，第三代半导体越来越受到人们重视，特别是在航空航天、高铁、电力系统等功率密度使用高的场合。氮化镓和碳化硅是第三代半导体产业中的核心材料。相对于成熟的硅基工艺，第三代半导体材料和工艺仍然处于验证和提高的阶段。
在碳化硅工艺制造中，涉及高温热处理的工序，如果碳化硅直接暴露于空气中，会存在碳析出的现象。图1中阴影部分显示了在碳化硅表面镀金属膜后进行热处理，晶圆背部裸露的碳化硅材质出现的碳析出现象，这种碳析出造成的晶圆背部表面粗糙度大，在自动化传送中容易产生手臂吸附晶圆背面不牢，导致摔片/破片问题；同时，背部存在的碳析出容易产生微颗粒，在传送过程中容易掉落到下一片晶圆表面(如图2所示)，进而造成成品率低的问题。
从图1还可以发现，碳析出存在特定的花纹图案，这种图案是由于碳化硅金属沉积和热处理前未对背部进行清洁处理造成，背部特殊的图案是从前道工艺造成的背部附着物材质不均形成的。
因此，研发一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述不足，提供了一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法。
本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法，包括以下步骤：
(1)碳化硅曝光显影：通过光刻方法打开需要刻蚀的部分，使得碳化硅上部的硬掩模(hard mask)暴露出来；
(2)干法刻蚀：利用等离子体将光刻曝光开的部分进行刻蚀；首先刻蚀硬掩模，之后透过硬掩模的保护，继续刻蚀底部的碳化硅直到达到需要的深度和开口；
(3)干法去胶：干法刻蚀后，硬掩模顶部存在残留的光刻胶，在金属蒸发前需要将这部分光刻胶去除；通常使用氧基的等离子体进行干法去除；一个问题是：干法去胶时晶圆背部会被氧基的等离子体氧化，而且受到晶圆背部接触的载盘影响，后续热处理过程中会出现类似于晶圆载盘的花纹图案；
(4)背部氧化层去除：采用稀释的氢氟酸进行湿法清洗，将干法去胶后晶圆背部的氧化层去除，使得晶圆背部干净平整，在真空手臂吸附背部传送过程中不会发生脱落/掉落的现象；
(5)金属蒸发：需要在干净整洁的碳化硅晶圆上进行金属蒸发，通常是按批量来进行，晶圆通过石英舟立式放入蒸发炉，因此晶圆的正面和背面均会有金属被蒸发到表面；
(6)蒸发后热处理：通常在1000摄氏度以上的温度进行，目的是形成金属和碳化硅间的欧姆接触或者肖特基势垒接触；然而，高温热处理工艺，会使得碳化硅中的碳元素通过金属层直接渗透到晶圆表面；
(7)去除碳析出：通过干法清洗和湿法清洗两个步骤去除“蒸发后热处理”工艺中析出的碳，具体包括：第一步用氧气等离子体处理表面；第二步使用湿法清洗表面，清洗液体采用稀释的氢氟酸；通过这个工艺步骤，能够使得碳化硅背部更清洁，同时防止析出的碳物质在传送过程中掉落到下一片晶圆上。
进一步地，在“背部氧化层去除”工艺中，所述氢氟酸的浓度为5-30％。
进一步地，在“去除碳析出”工艺中，在氧气等离子体处理表面时，使用纯氧，流量为200-500sccm，功率为500-1000w，腔体压力为500-1500mTorr，时间为10-30s。
进一步地，在“去除碳析出”工艺中，湿法清洗表面时所用的氢氟酸浓度为5-30％。
本发明指出了从碳化硅干法刻蚀、刻蚀后去胶、金属蒸发沉积、沉积后热处理工序中存在的影响晶圆背部沉积均匀性及碳析出的问题。在刻蚀和去胶工艺后加入背部氧化层去除，在热处理后加入氧气等离子体干法处理和湿法处理去除碳析出，使得碳化硅晶圆背部在热处理工序结束后处于清洁平整的表面状态，有利于后道工序的顺利开展。
本发明与现有技术的优点是：本发明针对碳化硅制程工艺中存在的碳析出问题，在流程中增加了两道工艺。第一道去除了干法去胶后碳化硅晶圆背面存在的氧化物，以便于形成干净整洁的晶圆背面，有利于控制晶圆的传送和后续工艺制程的背部污染；第二道利用干法和湿法结合去除金属蒸发在碳化硅表面并进行高温热处理后表面析出的碳，很好地控制了碳析出造成的传送问题和污染问题。
附图说明
图1是碳化硅背部的碳析出现象的示意图。
图2是碳析出产生的微颗粒掉落在底部晶圆上的示意图。
图3是本发明的工艺流程示意图。
图4是晶圆放置在石英舟上的示意图。
图5是现有技术的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详述。
如图3所示，本发明的一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法，包括以下步骤：
(1)碳化硅曝光显影：通过光刻方法打开需要刻蚀的部分，使得碳化硅上部的硬掩模(hard mask)暴露出来；
2)干法刻蚀：利用等离子体将光刻曝光开的部分进行刻蚀；首先刻蚀硬掩模，之后透过硬掩模的保护，继续刻蚀底部的碳化硅直到达到需要的深度和开口；
(3)干法去胶：干法刻蚀后，硬掩模顶部存在残留的光刻胶，在金属蒸发前需要将这部分光刻胶去除；通常使用氧基的等离子体进行干法去除；一个问题是：干法去胶时晶圆背部会被氧基的等离子体氧化，而且受到晶圆背部接触的载盘影响，后续热处理过程中会出现类似于晶圆载盘的花纹图案；
(4)背部氧化层去除：采用稀释的氢氟酸进行湿法清洗，将干法去胶后晶圆背部的氧化层去除，使得晶圆背部干净平整，在真空手臂吸附背部传送过程中不会发生脱落/掉落的现象；
(5)金属蒸发：需要在干净整洁的碳化硅晶圆上进行金属蒸发，通常是按批量来进行，晶圆通过石英舟立式放入蒸发炉(如图4所示)，因此晶圆的正面和背面均会有金属被蒸发到表面；
(6)蒸发后热处理：通常在1000摄氏度以上的温度进行，目的是形成金属和碳化硅间的欧姆接触或者肖特基势垒接触；然而，高温热处理工艺，会使得碳化硅中的碳元素通过金属层直接渗透到晶圆表面；
(7)去除碳析出：通过干法清洗和湿法清洗两个步骤去除“蒸发后热处理”工艺中析出的碳，具体包括：第一步用氧气等离子体处理表面；第二步使用湿法清洗表面，清洗液体采用稀释的氢氟酸；通过这个工艺步骤，能够使得碳化硅背部更清洁，同时防止析出的碳物质在传送过程中掉落到下一片晶圆上。
进一步地，在“背部氧化层去除”工艺中，所述氢氟酸的浓度为5-30％。
进一步地，在“去除碳析出”工艺中，在氧气等离子体处理表面时，使用纯氧，流量为200-500sccm，功率为500-1000w，腔体压力为500-1500mTorr，时间为10-30s。
进一步地，在“去除碳析出”工艺中，湿法清洗表面时所用的氢氟酸浓度为5-30％。
本发明指出了从碳化硅干法刻蚀、刻蚀后去胶、金属蒸发沉积、沉积后热处理工序中存在的影响晶圆背部沉积均匀性及碳析出的问题(如图5所示)。在刻蚀和去胶工艺后加入背部氧化层去除，在热处理后加入氧气等离子体干法处理和湿法处理去除碳析出，使得碳化硅晶圆背部在热处理工序结束后处于清洁平整的表面状态，有利于后道工序的顺利开展。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法，包括以下步骤：
(1)碳化硅曝光显影：通过光刻方法打开需要刻蚀的部分，使得碳化硅上部的硬掩模暴露出来；
(2)干法刻蚀：利用等离子体将光刻曝光开的部分进行刻蚀；首先刻蚀硬掩模，之后透过硬掩模的保护，继续刻蚀底部的碳化硅直到达到需要的深度和开口；
(3)干法去胶：干法刻蚀后，硬掩模顶部存在残留的光刻胶，使用氧基的等离子体将这部分光刻胶进行干法去除；
(4)背部氧化层去除：采用稀释的氢氟酸进行湿法清洗，将干法去胶后晶圆背部的氧化层去除，使得晶圆背部干净平整，使得晶圆传送过程中不会发生脱落的现象；
(5)金属蒸发：在干净整洁的碳化硅晶圆上进行金属蒸发，按批量来进行，晶圆通过石英舟立式放入蒸发炉，使得晶圆的正面和背面均会有金属被蒸发到表面；
(6)蒸发后热处理：在1000摄氏度以上的温度进行，形成金属和碳化硅间的欧姆接触或者肖特基势垒接触；
(7)去除碳析出：通过干法清洗和湿法清洗两个步骤去除“蒸发后热处理”工艺中析出的碳，具体包括：第一步用氧气等离子体处理表面；第二步使用湿法清洗表面，清洗液体采用稀释的氢氟酸。
2.根据权利要求1所述的一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法，其特征在于：在“背部氧化层去除”工艺中，所述氢氟酸的浓度为5-30％。
3.根据权利要求1所述的一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法，其特征在于：在“去除碳析出”工艺中，氧气等离子体处理表面时，使用纯氧，流量为200-500sccm，功率为500-1000W，腔体压力为500-1500mTorr，时间为10-30s。
4.根据权利要求1所述的一种解决碳化硅晶圆传送失效的方法，其特征在于：在“去除碳析出”工艺中，湿法清洗表面时所用的氢氟酸浓度为5-30％。
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| GR01 | Patent grant | ||
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