CN116682723A - SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法 - Google Patents

SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，方法包括：SiC器件包括一SiC芯片和设置于芯片的合金层，SiC芯片具有背面和与背面相反的正面，背面经过金属溅射处理和激光退火处理，以在背面上形成合金层；在SiC芯片的正面上设置保护膜；将合金层进行氧气等离子处理，氧气与合金层上析出的碳反应，以除去合金层析出的碳，得到去除析出的碳的SiC器件。本申请中，在SiC器件正面使用保护膜对其进行保护，随后通过氧气等离子处理释放氧等离子体，氧等离子体与合金层上的碳(反应生成碳的气体化合物，并以气体方式排出)从而通过化学反应的方式彻底地清除去合金层上析出的碳，以解决SiC器件背面激光退火后碳析出的问题。

Description

SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法
技术领域
本申请涉及半导体器件制备的技术领域，尤其涉及一种SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法。
背景技术
碳化硅(SiC)作为第三代半导体中的典型代表，由于其热导率高、击穿场强高、载流子饱和迁移率高等优良的物理特性，使其能够替代硅(Si)材料制备高温、高压等功率电子器件，并在新能源汽车、光伏发电等领域具有广阔的应用前景。
SiC背面工序是SiC结势垒肖特基二极管(JBS)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOS)等功率器件制备过程中的关键工序。SiC背面工序包括贴UV膜/解UV膜、背面减薄、背面清洗、背面金属蒸镀、激光退火等工艺。为了降低SiC衬底减薄后的碎片风险，SiC功率器件在进行SiC背面工序之前已经完成了正面工艺制备，且在SiC功率器件的正面贴UV膜以防止正面被划伤。
将正面粘贴有UV膜的SiC功率器件再进行减薄处理。目前国内外主要的减薄技术为砂轮减薄，首先使用低目数金刚砂轮对SiC衬底的背面进行粗磨，然后再使用高目数金刚砂轮进行精磨处理，最后再经过丙酮超声清洗去除研磨中和SiC衬底上吸附的颗粒。将减薄处理后的SiC功率器件进行紫外灯照射，以将正面UV膜的粘附性发生改变，便于去掉UV膜。最后去掉UV膜的SiC功率器件的背面进行Ni溅射、激光退火和Ti/Ni/Ag金属加厚。然而，在上述激光退火过程中，Ni金属与SiC发生反应生成Ni2Si化合物，过程中会有碳析出，将导致背面金属脱落(Peeling问题)，除此以外，碳形成于SiC的背面并以碳簇或碳颗粒的方式存在，这会增大SiC功率器件的接触电阻。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本申请提供了一种SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，所述方法包括：SiC器件包括一SiC芯片和设置于所述芯片的合金层，所述SiC芯片具有背面和与所述背面相反的正面，所述背面经过金属溅射处理和激光退火处理，以在所述背面上形成所述合金层；在所述正面上设置保护膜；将所述合金层进行氧气等离子处理，氧气与所述合金层上析出的碳反应，以除去所述合金层析出的碳，得到去除析出的碳的SiC器件。
在一些可能的实现方式中，所述方法还包括：将去除碳析出的所述SiC器件浸入刻蚀液，除去所述合金层上的氧化物。
在一些可能的实现方式中，所述保护膜包括光刻胶层。
在一些可能的实现方式中，所述光刻胶层作为保护膜的步骤为，通过匀胶机将光刻胶旋于所述正面，并烘干固化，得到所述光刻胶层。
在一些可能的实现方式中，所述方法还包括将去除碳析出后的所述SiC器件浸入有机去胶液中，以除去所述光刻胶层。
在一些可能的实现方式中，所述光刻胶层的厚度为4μm-6μm。
在一些可能的实现方式中，所述氧气等离子处理过程中，所述氧气的流量为150～250sccm。
在一些可能的实现方式中，所述等离子处理功率为1000～1200W，所述等离子处理温度为25～100℃，处理时间为10～20min。
本申请中，通过氧气等离子处理释放氧气等离子体，氧气等离子体与合金层上析出的碳(如，碳簇或碳颗粒)反应生成碳的气体化合物，比如二氧化碳，并以气体方式排出，从而通过化学反应的方式除去合金层上析出的碳，进而能够彻底地清除合金层上析出的碳，以解决SiC器件背面激光退火后碳析出的问题，还能降低SiC器件的接触电阻。同时，保护膜可以保护SiC芯片的正面，避免SiC芯片的正面在氧气等离子处理过程中受到损伤。
附图说明
图1为本申请提供的一种SiC芯片的截面结构示意图。
图2为图1所示的SiC芯片上粘贴UV膜，并在SiC芯片的背面进行减薄处理后的截面结构示意图。
图3为图2所示的SiC芯片除去UV膜的截面结构示意图。
图4为图3所示的SiC芯片的背面进行Ni金属溅射和激光退火后的截面结构示意图。
图5为图4所示的SiC芯片的正面上设置保护膜的截面结构示意图。
图6为图5所示的合金层进行氧气等离子体处理的截面结构示意图。
图7为图6所示的合金层经过等离子体处理并除去保护膜的截面结构示意图。
主要元件符号说明
SiC器件 100
SiC芯片 10
背面 11
正面 12
UV膜 20
保护膜 30
合金层 40
PI胶层 50
碳 200
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本申请提供一种SiC器件100背面激光退火后碳析出去除方法，包括以下步骤：
S1.参阅图1至图4，提供一SiC器件100，SiC器件100包括SiC芯片10和设置于SiC芯片10的合金层40，SiC芯片10具有背面11和与所述背面11相反的正面12，背面11经过金属溅射和激光退火处理，以在所述背面11上形成合金层40。
在此步骤中，可以理解为退火后的SiC器件100的经过以下步骤得到：
(1)参阅图1，提供一SiC芯片10，SiC芯片10的正面12经过多次掩膜光刻形成有微纳结构(图未示)。在一些实施例中，SiC芯片10还包括设置于微纳结构的PI(聚酰亚胺)胶层，PI胶层不仅能够有效地阻滞电子迁移，还具有降低器件漏电，保护器件结构，抗腐蚀等优点。
(2)参阅图2，在正面12上粘贴UV膜20，对背面11进行减薄处理，减薄处理具体可以采用金刚砂轮。SiC芯片10减薄处理过程能够减小整个SiC器件100的导通电阻，比如由SiC芯片10的厚度可由350μm减薄至180μm。在其他实施例中，SiC芯片10的减薄的厚度可以对应调整。
(3)参阅图3，通过紫外灯照射，使得UV膜20粘性发生变化，便于除去UV膜20。
(4)参阅图4，通过磁控溅射台在背面11进行Ni金属溅射，并通过激光退火机台进行退火。背面11进行Ni金属溅射，以使SiC芯片10与Ni金属形成Ni2Si良好的低电阻欧姆接触。为了控制金属和SiC芯片10接触的界面状态，需要通过激光退火的方式来形成Ni2Si合金，从而降低金属与半导体接触(MS)肖特基势垒高度，进而使得SiC芯片10与Ni金属实现欧姆接触。
激光退火过程中，在激光能量为1.8J/cm2下，形于背面11上的Ni金属层与SiC芯片10发生反应生成Ni2Si合金层40，反应式为：2Ni+SiC＝Ni2Si+C。此激光退火过程中，反应得到的杂质碳200析出于Ni2Si合金层40的表面。析出的碳200以碳颗粒或碳簇方式形成于合金层40的表面。
S2.参阅图5，在正面12上设置保护膜30。
设置保护膜30以将正面12进行覆盖，避免后续处理过程中，造成微纳结构的损伤。
在一些实施例中，保护膜30包括光刻胶层。在其他一些实施例中，保护膜30还可以为其他一些能够保护正面12耐蚀刻的膜层。在其他一些实施例中，保护膜30也可以为UV蓝膜。
在一些实施例中，光刻胶层形成于正面12的具体过程为，采用涂胶机将光刻胶(如，型号为AZ5214)旋涂于正面12，并放入烘箱中烘干固化，以形成光刻胶层。其中，烘干温度为100-200℃，烘干时间为10-20min，在所述烘干温度和烘干时间下，以确保光刻胶能够完全固化于正面12。相较于UV膜，本实施例中采用光刻胶层能够耐蚀刻，并不会如UV膜20在氧气等离子体中损伤，不能对正面12进行保护，而且，经过氧气等离子体处理后的UV膜20也无法撕除。
在一些实施例中，光刻胶层的厚度为4μm-6μm，厚度如4μm、5μm、6μm。光刻胶层厚度在此范围内，不仅能确保光刻胶层在后续处理(氧气等离子处理)过程中，不被等离子体氧气蚀刻，以保护正面12。
S3.参阅图6，将所述合金层40进行氧气等离子处理，氧气与合金层40上析出的碳200反应，以除去SiC器件100表面的碳200析出，得到去除析出的碳200的SiC器件100。
在此步骤的处理过程中，等离子体设备分解出氧气等离子体并与合金层40上析出的碳200发生化学反应生成碳200的氧化物气体，如二氧化碳，以使析出的碳200转化成气体形成排出，进而除去合金层40上析出的碳200，以解决SiC器件100背面激光退火后碳析出的问题。同时，由于正面12设置有保护膜30，当在等离子处理腔室内时，保护膜30可以保护正面12不被氧气等离子体蚀刻，从而保护正面12。
相较于现有技术中采用二流体(如CO2或N2中的一者与H2O蒸气混合)清洗合金层40上析出的碳200的处理方式，本申请提供的氧气等离子处理方式，去除析出的碳200的效率高，且在合金层40无残留，适合量产化。
相较于现有技术中通过反溅射方式，如，采用氩气等惰性气体的方式，在磁控机台中，在溅射气体氩气的冲击下，析出的碳200从合金层40上分离，进而去除合金层40上析出的碳200。本申请中，通过氧气等离子方式，使得氧气与析出的碳200发生化学反应生成气体化合物，并不会有析出的碳200残留于溅射机台的腔室内，影响溅射机台的正常使用。
相较于现有技术中，仅采用刻蚀液浸泡方式，这种浸泡的方式仅能除去合金层上表面的部分氧化物(如镍的氧化物)，并不能除去析出的碳200。
在一些实施例中，氧气等离子处理采用O2 Plasma干法去胶机。在一些实施例中，O2Plasma干法去胶机的功率为1000～1200W，功率如1000W、1100W或1200W。氧气的流量为150～250sccm，流量如150sccm、180sccm、200sccm或250sccm。等离子处理温度为25～100℃，温度如25℃、40℃、50℃、70℃或100℃。处理时间为10～20min，处理时间如10min、15min或20min。在此条件下，能够确保合金层40上析出的碳200能够充分与氧气等离子体反应，使得合金层40上无残留的碳200析出。相较于温度更高或氧气流量更快，在上述范围内，便于控制O2 Plasma处理的速率，避免高温或流速过快时，不宜控制反应速率，或反应不彻底。在一些实施例中，氧气的流量为200sccm，处理温度为25℃，处理时间为20min。
S4.将去除碳200析出的SiC器件100浸入刻蚀液，除去合金层40的氧化物。
在氧气等离子处理过程中，等离子氧气可能会与背面11上的镍生成镍氧化物，镍氧化物会增大欧姆接触电阻。
在一些实施例中，刻蚀液为BOE缓冲氧化物刻蚀液，刻蚀液包括浓度百分比为49％HF和浓度百分比为40％ NHF4，其中HF：NHF4的体积比为1:6。SiC器件100浸泡于刻蚀液中，能够除去合金层40中镍的氧化物。在一些实施例中，浸泡时间为20～60min。
S5.参阅图7，将经由步骤S4处理的所述SiC器件100浸入有机去胶液，除去正面12的保护膜30。
在一些实施例中，有机去胶液可以为丙酮或EKC溶液。SiC器件100浸泡在有机去胶液，以使正面12裸露，便于后续应用。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面示例仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。除另有交待，以下实施例中涉及的未特别交待的试剂、软件及仪器，都是常规市售产品或者开源的。
实施例1
提供SiC器件，SiC器件一表面经过镍金属溅射和激光退火处理(激光能量为1.8J/cm2)形成有Ni2Si合金层。通过PR(光刻胶)涂胶机将光刻胶(型号：AZ5214)旋涂于SiC的另一表面，旋涂厚度为5μm，并转移至烘箱中，在150℃温度下，烘烤15min使其固化，形成光刻胶保护膜。
将上述形成光刻胶保护膜的SiC器件转移至O2 Plasma干法去胶机的腔室中，启动O2 Plasma干法去胶机，氧气的流量为200sccm，在干法去胶机的功率1100W下氧气分解产生氧气等离子体，腔室内温度为常温，如25℃，处理时间为20min，氧气等离子体与合金层上析出的碳反应生成二氧化碳，从而除去SiC器件表面析出的碳。
将上述除碳后的SiC器件浸泡到BOE溶液(49％ HF：40％ NHF4＝1:6)中，浸泡30min，从而去除O2 Plasma干法去胶过程中在合金层表面氧化生成的Ni金属氧化物。之后使用有机去胶液(丙酮)去除正面保护的光刻胶保护膜，得到SiC器件。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，其特征在于，所述方法包括：
SiC器件包括一SiC芯片和设置于所述芯片的合金层，所述SiC芯片具有背面和与所述背面相反的正面，所述背面经过金属溅射处理和激光退火处理，以在所述背面上形成所述合金层；
在所述正面上设置保护膜；
将所述合金层进行氧气等离子处理，氧气与所述合金层上析出的碳反应，以除去所述合金层析出的碳，得到去除析出的碳的SiC器件。
2.如权利要求1所述的SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，其特征在于，所述方法还包括：将去除碳析出的所述SiC器件浸入刻蚀液，除去所述合金层上的氧化物。
3.如权利要求1所述的SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，其特征在于，所述保护膜包括光刻胶层。
4.如权利要求3所述的SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，其特征在于，所述光刻胶层作为保护膜的步骤为，通过匀胶机将光刻胶旋于所述正面，并烘干固化，得到所述光刻胶层。
5.如权利要求3所述的SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，其特征在于，所述方法还包括将去除碳析出后的所述SiC器件浸入有机去胶液中，以除去所述光刻胶层。
6.如权利要求5所述的SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度为4μm-6μm。
7.如权利要求1所述的SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，其特征在于，所述氧气等离子处理过程中，所述氧气的流量为150～250sccm。
8.如权利要求1所述的SiC器件背面激光退火后碳析出去除方法，其特征在于，所述等离子处理功率为1000～1200W，所述等离子处理温度为25～100℃，处理时间为10～20min。
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