CN117038539A - 一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，包括以下步骤：S1、在碳化硅外延旧载盘中放入挡片；S2、将放入挡片的载盘放入反应室中进行烘烤；S3、烘烤结束后，关闭N2源，通入H2和C/Si原子比＞1的Si源和C源，在载盘上沉积非平衡态多晶碳化硅涂层；S4、沉积完成后，关闭源气，降低温度；S5、将载盘从反应室中取出，移除挡片，即可得到再生处理后的载盘；该方法不会损伤载盘的基材，且可以改善碳化硅外延片浓度的均匀性和连续生长浓度的一致性，同时可以提升载盘的使用寿命，降低碳化硅外延成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法。
背景技术
碳化硅由于其优异的物理特性，被认为是制造功率半导体器件的最佳选择之一。目前碳化硅功率器件已经逐渐应用于新能源汽车的OBC、DC-DC以及主驱逆变器，以及光伏逆变器等多个领域，是目前新能源行业的重要技术之一。
碳化硅功率器件的制备需要采用碳化硅外延技术生长一层低掺杂的漂移层作为器件的耐压层，其器件的特性除了受到器件结构的影响外，外延层的厚度、浓度均匀性同样对其性能以及晶圆上芯片的一致性存在重要的影响。因此，如何获得高均匀性的碳化硅外延片，一直是碳化硅外延技术需要攻克的重要难关。
目前碳化硅外延技术多采用石墨表面镀多晶碳化硅涂层作为载盘（载环），如中国专利CN109232023A。载盘用于承载碳化硅衬底进行外延，多晶的碳化硅涂层可以防止石墨基材在高温H2环境下分解导致的反应气氛的变化或缺陷的增加。但在载盘连续多炉运行过程中，随着碳化硅的外延生长，会在石墨载盘（载环）上再沉积一层新的不致密且具有高N掺杂的多晶碳化硅沉积物，随着载盘（载环）的持续使用，沉积了高N掺杂多晶碳化硅沉积物中的N元素会逐渐溢出，扩散至碳化硅衬底边缘，如图1所示，在生长过程中并入晶片边缘的碳化硅外延层晶格中，导致碳化硅外延层的边缘浓度增加，从而引起碳化硅外延片的浓度均匀性恶化以及连续生长一致性变差。另一方面，使用过的载环，也因此会导致外延浓度均匀性恶化而被报废，因此存在使用寿命短、成本高的缺点。
现有技术中为了解决此问题，一般是采用对使用后的载盘进行清洁的方法，如中国专利CN109427542A公开了一种载盘的清洁处理方法，包含以下步骤：S102、将待处理的载盘表面进行喷砂处理；S104、将完成喷砂处理的待处理的载盘进行研磨处理；S106、将完成研磨处理的待处理的载盘进行吹扫处理；S108、将完成吹扫处理的待处理的载盘放置到一预设温度环境中进行烘烤处理；S110、将完成烘烤处理的待处理的载盘从高温真空炉中取出，完成对载盘的清洁。该专利中的方法虽然能够有效去除载盘表面的覆盖层，大大降低异常覆盖层载盘的报废几率，但是该方法工序复杂且容易损伤载盘的基材。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，该方法不会损伤载盘的基材，且可以改善碳化硅外延片浓度的均匀性和连续生长浓度的一致性，同时可以提升载盘的使用寿命，降低碳化硅外延成本。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，包括以下步骤：
S1、在碳化硅外延旧载盘中放入挡片，用于遮挡未涂层的石墨区域；
S2、将放入挡片的载盘放入反应室中进行烘烤；
S3、烘烤结束后，关闭N2源，通入H2和C/Si原子比＞1的Si源和C源，在载盘上沉积非平衡态多晶碳化硅涂层；
S4、沉积完成后，关闭源气，降温至室温；
S5、将载盘从反应室中取出，移除挡片，即可得到再生处理后的载盘。
步骤S2中，所述烘烤的条件为：1400~1700℃烘烤3-30 min，去除表面沾污和颗粒。
步骤S2和S3中，反应室内压力为50-300 mbar，温度为1400~1700℃，在此温度和压力下，沉积得到的非平衡态多晶碳化硅涂层的致密性和均匀性较好。
步骤S3中，所述非平衡态多晶碳化硅涂层的厚度为1-30μm。
步骤S3中，所述Si源为硅烷、三氯氢硅、四氯化硅中的任意一种或多种；所述C源为乙烯、丙烷中的任意一种或多种。
步骤S2中，所述反应室为碳化硅外延炉或碳化硅CVD沉积炉。
所述碳化硅外延旧载盘为单一组件的载盘或载环、组合式的载盘及其零部件、或组合式载环及其零部件。
所述挡片为单晶碳化硅衬底、碳化硅外延片、石墨片中的任意一种。
本发明提供的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，通过在碳化硅外延旧载盘上已生长的高掺杂碳化硅涂层上再次沉积一层高C/Si比、厚度为1-30 μm的低N掺杂或无N掺杂的非平衡态的多晶碳化硅涂层，覆盖原有的高N掺杂碳化硅涂层。由于高C/Si比非平衡态条件下N原子难以并入晶格，且关闭N掺杂源气的情况下，生长的碳化硅涂层更为致密且不存在N元素，能够包覆住下层高N掺杂碳化硅涂层，防止其中的N元素的溢出的现象，如图2所示，从而改善连续外延生长时边缘掺杂浓度持续提升的现象，最终改善碳化硅外延的浓度均匀性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法简单，操作方便，对载盘基材无任何损伤，且可以改善连续外延生长时边缘掺杂浓度持续提升的现象，最终改善碳化硅外延的浓度均匀性。
附图说明
图1为载盘未再生时，高N掺杂碳化硅涂层中N+溢出原理示意图，其中，1-石墨载盘、2-多晶碳化硅涂层、3-高N掺杂碳化硅沉积物；
图2为载盘再生后，高N掺杂碳化硅涂层中N+溢出被抑制的原理示意图，其中，1-石墨载盘、2-多晶碳化硅涂层、3-高N掺杂碳化硅沉积物、4-非平衡态多晶碳化硅涂层；
图3为采用实施例1中的方法再生处理的载盘连续生长10炉碳化硅外延片的浓度沿径向分布曲线图；
图4为采用实施例2中的方法再生处理的载盘连续生长10炉碳化硅外延片的浓度沿径向分布曲线图；
图5为采用实施例3中的方法再生处理的载盘连续生长10炉碳化硅外延片的浓度沿径向分布曲线图；
图6为采用对比例1中的方法再生处理的载盘连续生长3炉碳化硅外延片的浓度沿径向分布曲线图；
图7为采用未进行再生处理的载盘连续生长10炉碳化硅外延片的浓度沿径向分布曲线图;
图8为本发明提供的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，包括以下步骤：
S1、在碳化硅外延旧载盘中放入挡片用于遮挡未涂层的石墨区域；
S2、将放入挡片的载盘放入反应室中进行烘烤；
S3、烘烤结束后，关闭N2源，通入H2和C/Si＞1的Si源和C源，在载盘上沉积非平衡态多晶碳化硅涂层；
S4、沉积完成后，关闭源气，降温至室温；
S5、将载盘从反应室中取出，移除挡片，即可得到再生处理后的载盘。
步骤S2中，所述烘烤的条件为：1400~1700℃烘烤3-30 min。
步骤S2和S3中，反应室内压力为50-300 mbar，温度为1400~1700℃。
步骤S3中，所述非平衡态多晶碳化硅涂层的厚度为1-30μm。
步骤S3中，所述Si源为硅烷、三氯氢硅、四氯化硅中的任意一种或多种；所述C源为乙烯、丙烷中的任意一种或多种。
步骤S2中，所述反应室为碳化硅外延炉或碳化硅CVD沉积炉。
所述碳化硅外延旧载盘为单一组件的载盘或载环、组合式的载盘及其零部件、或组合式载环及其零部件。
所述挡片为单晶碳化硅衬底、碳化硅外延片、石墨片中的任意一种。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，包括以下步骤：
S1、在碳化硅外延旧载盘中放入挡片用于遮挡未涂层的石墨区域，挡片为石墨片；
S2、将放入挡片的载盘放入碳化硅外延炉，炉内压力为50 mbar， 1700℃烘烤5min；
S3、烘烤结束后，关闭N2源，保持炉内压力为50 mbar，温度为1700℃，通入H2和C/Si原子比为1.2的丙烷和三氯氢硅，在载盘上沉积30μm厚无氮掺杂的非平衡态多晶碳化硅涂层；
S4、沉积完成后，关闭源气，降低温度至室温；
S5、将载盘从反应室中取出，移除挡片，即可得到再生处理后的载盘。
实施例2
一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，包括以下步骤：
S1、在碳化硅外延旧载盘中放入挡片用于遮挡未涂层的石墨区域，挡片为碳化硅外延片；
S2、将放入挡片的载盘放入碳化硅CVD沉积炉，炉内压力为180 mbar， 1550℃烘烤15 min；
S3、烘烤结束后，关闭N2源，保持炉内压力为180 mbar，温度为1550℃，通入H2和C/Si原子比为1.5的乙烯和硅烷，在载盘上沉积15μm厚无氮掺杂的非平衡态多晶碳化硅涂层；
S4、沉积完成后，关闭源气，降低温度至室温；
S5、将载盘从反应室中取出，移除挡片，即可得到再生处理后的载盘。
实施例3
一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，包括以下步骤：
S1、在碳化硅外延旧载盘中放入挡片用于遮挡未涂层的石墨区域，挡片为单晶碳化硅衬底；
S2、将放入挡片的载盘放入碳化硅外延炉，炉内压力为300 mbar，1400℃烘烤25min；
S3、烘烤结束后，关闭N2源，保持炉内压力为300 mbar，温度为1400℃，通入H2和C/Si原子比为2.0的乙烯和四氯化硅，在载盘上沉积5μm厚无氮掺杂的非平衡态多晶碳化硅涂层；
S4、沉积完成后，关闭源气，降低温度至室温；
S5、将载盘从反应室中取出，移除挡片，即可得到再生处理后的载盘。
对比例1
其他同实施例2，只是步骤S3中，乙烯和硅烷的C/Si原子比为0.9。
测试例
分别以上述实施例1-3、对比例1再生处理后的载盘、未进行再生处理的碳化硅外延旧载盘为载盘连续多炉生长碳化硅外延片，碳化硅外延片生长的条件均为1650 ℃，100mbar，H2流量为100slm，C/Si原子比为1.2，其硅源为三氯氢硅，碳源为乙烯，各炉生长的碳化硅外延片的浓度沿径向分布曲线图分别如图3-7所示，从图中可以看出采用实施例1-3中的方法再生处理后的载盘连续生长10炉碳化硅外延片，各炉生长的碳化硅外延的浓度沿径向分布的均匀性均较好，且随着炉次的增加，各炉生长的碳化硅外延的浓度相差不大；而采用对比例1中的方法再生处理后的载盘连续生长3炉碳化硅外延片，各炉生长的碳化硅外延的浓度沿径向分布的均匀性均较差；而采用未进行再生处理的碳化硅外延旧载盘连续生长10炉碳化硅外延片，各炉生长的碳化硅外延的浓度沿径向分布的均匀性均较差，且生长的炉次越高，碳化硅外延的浓度沿径向分布的均匀性就越差，且各炉次生长的碳化硅外延的浓度差异较大。
由以上可见，本发明提供的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，可显著改善碳化硅外延的浓度均匀性。
上述参照实施例对一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在碳化硅外延旧载盘中放入挡片；
S2、将放入挡片的载盘放入反应室中进行烘烤；
S3、烘烤结束后，关闭N2源，通入H2和C/Si原子比＞1的Si源和C源，在载盘上沉积非平衡态多晶碳化硅涂层；
S4、沉积完成后，关闭源气，降温至室温；
S5、将载盘从反应室中取出，移除挡片，即可得到再生处理后的载盘。
2.根据权利要求1所述的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述烘烤的条件为：1400~1700℃烘烤3-30 min。
3.根据权利要求1所述的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3中，反应室内压力为50-300 mbar，温度为1400~1700℃。
4.根据权利要求1所述的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，其特征在于，步骤S3中，所述非平衡态多晶碳化硅涂层的厚度为1-30μm。
5.根据权利要求1所述的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，其特征在于，步骤S3中，所述Si源为硅烷、三氯氢硅、四氯化硅中的任意一种或多种；所述C源为乙烯、丙烷中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述反应室为碳化硅外延炉或碳化硅CVD沉积炉。
7.根据权利要求1所述的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，其特征在于，所述碳化硅外延旧载盘为单一组件的载盘或载环、组合式的载盘及其零部件、或组合式载环及其零部件。
8.根据权利要求1所述的碳化硅外延旧载盘的再生处理方法，其特征在于，所述挡片为单晶碳化硅衬底、碳化硅外延片、石墨片中的任意一种。
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| CN114892147A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-08-12 | 芯三代半导体科技(苏州)有限公司 | 一种碳化硅沉积设备的石墨部件的修复方法 |
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2023
- 2023-10-10 CN CN202311300771.8A patent/CN117038539B/zh active Active
Patent Citations (6)
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