CN115506013B - 一种SiC晶片的外延生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳化硅外延技术领域，具体的是一种SiC晶片的外延生产工艺，本发明包括S1将碳化硅晶圆的背面通过碳沉积反应永久键合在石墨载盘上；S2将S1中的固定有碳化硅晶圆的石墨载盘固定于高温炉内的石墨转盘内；S3向高温炉内通入反应气体并抽真空，最终在碳化硅晶圆的表面生长出外延层；本发明通过先将碳化硅晶圆用碳沉积反应固定在石墨载盘上，在面对超薄碳化硅晶圆的外延生长时，可以减小碳化硅晶圆在高温炉内转动时受到的应力，防止碳化硅晶圆曲翘甚至破裂；通过在高温炉内设置有两个转盘，第二转盘位于第一转盘的表面，第一转盘转动形成公转，然后第二转盘还可以进行自转，可以减小碳化硅晶圆受到的应力并保持相应的旋转速度。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅外延技术领域，具体的是一种SiC晶片的外延生产工艺。
背景技术
碳化硅外延工艺是整个产业中的一种非常关键的工艺，由于现在所有的器件基本上都是在外延上实现，所以外延的质量对器件的性能是影响是非常大的，但是外延的质量它又受到晶体和衬底加工的影响，处在一个产业的中间环节，对产业的发展起到非常关键的作用。
碳化硅功率器件与传统硅功率器件制作工艺不同，不能直接制作在碳化硅单晶材料上，必须在导通型单晶衬底上额外生长高质量的外延材料，并在外延层上制造各类器件。
碳化硅一般采用PVT方法，温度高达2000多度，且加工周期比较长，产出比较低，因而碳化硅衬底的成本是非常高的。
碳化硅外延过程和硅基本上差不多，在温度设计以及设备的结构设计不太一样。
在器件制备方面，由于材料的特殊性，器件过程的加工和硅不同的是，采用了高温的工艺，包括高温离子注入、高温氧化以及高温退火工艺。
目前碳化硅外延工艺都是直接将碳化硅晶圆放置于高温炉内的石墨转盘上，但是在面对超薄的碳化硅晶圆时，若是直接放在石墨转盘上进行旋转，超薄碳化硅晶圆不易承受住转动产生的应力，从而让晶圆产生曲翘，甚至直接破裂，影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SiC晶片的外延生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种SiC晶片的外延生产工艺，包括以下步骤：
S1、将碳化硅晶圆的背面通过碳沉积反应永久键合在石墨载盘上；
S2、将S1中的固定有碳化硅晶圆的石墨载盘固定于高温炉内的石墨转盘内；
S3、向高温炉内通入反应气体并抽真空，最终在碳化硅晶圆的表面生长出外延层。
进一步的，所述S1具体包括：
S1.1、石墨载盘的表面开设有多个吸附孔，将碳化硅晶圆背面放置于带有多个吸附孔的石墨载盘上进行吸附；
S1.2、采用碳沉积反应，使得碳化硅晶圆的表面附有碳沉积层，将碳化硅晶圆背面键合在石墨载盘上；
S1.3、在碳化硅晶圆的正面靠近侧壁处涂覆光刻胶；
S1.4、用激光蚀刻碳化硅晶圆正面的碳；
S1.5、洗去光刻胶。
进一步的，所述高温炉内设置有第一转盘与第二转盘，第二转盘圆周阵列分布于第一转盘靠近侧壁的表面，且第二转盘为石墨转盘，每个石墨转盘固定一个石墨载盘。
进一步的，所述第二转盘可拆卸的安装在第一转盘的表面。
进一步的，所述第二转盘的表面开设有凹槽，凹槽用于放置石墨载盘，且凹槽的尺寸与石墨载盘相同。
进一步的，所述反应气体包括C2H4/C3H8、SiHCl3、HCl。
本发明的有益效果：
1、本发明通过先将碳化硅晶圆用碳沉积反应固定在石墨载盘上，在面对超薄碳化硅晶圆的外延生长时，可以减小碳化硅晶圆在高温炉内转动时受到的应力，防止碳化硅晶圆曲翘甚至破裂；
2、本发明通过在高温炉内设置有两个转盘，第二转盘位于第一转盘的表面，第一转盘转动形成公转，然后第二转盘还可以进行自转，公转提供旋转基础，而自转在此基础上可以再次提高每个碳化硅晶圆的旋转速度，一次生产多个碳化硅晶圆的同时，可以减小碳化硅晶圆受到的应力并保持相应的旋转速度；
3、本发明在通入反应气体的同时，对其进行抽真空，由于外延生长的时候，还会存在一些副产物，如氮气和三甲基铝，而高温炉内的温度很高，所以，三甲基铝也是以气态呈现，而这些副产物又容易积攒在碳化硅晶圆的表面，影响外延的生长，通过抽真空，则可以将副产物带走。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明碳化硅晶圆处理流程示意图；
图2是本发明高温炉内部结构示意图；
图3是本发明碳化硅外延层生成图。
图中附图标记如下：
1、石墨载盘；11、吸附孔；2、碳化硅晶圆；3、碳沉积层；4、光刻胶；5、高温炉；51、第一转盘；52、第二转盘；53、进气通道；6、外延层。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
参照图1-图3所示，一种SiC晶片的外延生产工艺，包括以下步骤：
S1、将碳化硅晶圆2的背面通过碳沉积反应永久键合在石墨载盘1上。
S1.1、石墨载盘1的表面开设有多个吸附孔11，将碳化硅晶圆2的背面放置于带有多个吸附孔11的石墨载盘1上进行吸附；
S1.2、采用碳沉积反应，使得碳化硅晶圆2的表面附有碳沉积层3，将碳化硅晶圆2的背面键合在石墨载盘1上；
S1.3、在碳化硅晶圆2的正面靠近侧壁处涂覆光刻胶4；
S1.4、用激光蚀刻碳化硅晶圆2正面的碳；并洗去光刻胶4。
S2、将S1中的固定有碳化硅晶圆2的石墨载盘1固定于高温炉5内的石墨转盘内。
其中晶片传输方式为机械手自动传输；
加热方式为中频感应加热；
高温炉5最高温度为1700℃；
控温精度在±0.1℃(1400℃～1700℃)；
反应室压力控制范围为50～1000mbar；
反应室压力控制精度为≤±0.1mbar。
S3、向高温炉5内通入反应气体并抽真空(未示出)，反应气体从顶部进入，抽真空在高温炉5的底部进行，最终在碳化硅晶圆2的表面生长出外延层6。
反应室极限真空：≤5×10-5mbar。
反应气体包括C2H4/C3H8、SiHCl3、HCl。
在通入反应气体的同时，对其进行抽真空，由于外延生长的时候，还会存在一些副产物，如氮气和三甲基铝，而高温炉内的温度很高，所以，三甲基铝也是以气态呈现，而这些副产物又容易积攒在碳化硅晶圆的表面，影响外延的生长，通过抽真空，则可以将副产物带走；并且，在高温炉5的底部设置有进气通道53，反应气体可以从进气通道53进入到高温炉5内，在遇到晶圆表面的一瞬间就会发生反应，然后在从底部对其进行抽真空，不会出现反应气体还没反应就会被抽走的情况，防止气体的浪费。
现如今的高温炉5内通常只设置有一个的石墨转盘，该石墨转盘又分为两种，一种是可以在石墨转盘上同时放置多个碳化硅晶圆2，而这又会存在一个问题，那就是当转盘转动的速度过快，碳化硅晶圆2就会受到较大的应力，这在一般的碳化硅晶圆2上没什么太大的问题，但是，在面对超薄晶圆，特别是厚度200μm以下的晶圆时，晶圆就会产生曲翘，甚至破裂，从而造成损失，如果转速过慢，也会影响外延的生长与时间；
另一种就是通过单个转盘就放置一个晶圆，通过自转可以解决应力的问题，但是其生产效率太过低下，影响生产效率。
参照图2和图3所示，通过在高温炉5内设置有第一转盘51与第二转盘52，第二转盘52圆周阵列分布于第一转盘51靠近侧壁的表面，且第二转盘52为石墨转盘，每个石墨转盘固定一个石墨载盘1，第一转盘51进行一定速度的公转，速度不必过快，然后第二转盘52进行自转，在公转的基础上，在进行自转，可以在提高转速的同时减小晶圆受到的应力，从而保障生产的效率。
第二转盘52可拆卸的安装在第一转盘51的表面。
第二转盘52的表面开设有凹槽，凹槽用于放置石墨载盘1，且凹槽的尺寸与石墨载盘1相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (4)
1.一种SiC晶片的外延生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将碳化硅晶圆的背面通过碳沉积反应永久键合在石墨载盘上；
S2、将S1中的固定有碳化硅晶圆的石墨载盘固定于高温炉内的石墨转盘内；
S3、向高温炉内通入反应气体并抽真空，最终在碳化硅晶圆的表面生长出外延层；
其中，高温炉内设置有第一转盘与第二转盘，第二转盘圆周阵列分布于第一转盘靠近侧壁的表面，且第二转盘为石墨转盘，每个石墨转盘固定一个石墨载盘，第一转盘公转且第二转盘自转；
所述S1具体包括：
S1.1、石墨载盘的表面开设有多个吸附孔，将碳化硅晶圆背面放置于带有多个吸附孔的石墨载盘上进行吸附；
S1.2、采用碳沉积反应，使得碳化硅晶圆的表面附有碳沉积层，将碳化硅晶圆背面键合在石墨载盘上；
S1.3、在碳化硅晶圆的正面靠近侧壁处涂覆光刻胶；
S1.4、用激光蚀刻碳化硅晶圆正面的碳；
S1.5、洗去光刻胶。
2.根据权利要求1所述的SiC晶片的外延生产工艺，其特征在于，所述第二转盘可拆卸的安装在第一转盘的表面。
3.根据权利要求1所述的SiC晶片的外延生产工艺，其特征在于，所述第二转盘的表面开设有凹槽，凹槽用于放置石墨载盘，且凹槽的尺寸与石墨载盘相同。
4.根据权利要求1所述的SiC晶片的外延生产工艺，其特征在于，所述反应气体包括C 2H4/C 3H 8、SiHCl 3、HCl。
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