TW200931537A - Method and arrangement for tempering SiC wafers - Google Patents

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Description

200931537 六、發明說明： 本發明係一種SiC晶圓之回火方法及裳置。 碳化矽晶圓（SiC晶圓）或矽晶片在植入異原子(例如 Al、P、B)後，需接受一_火過料也稱為退火過程或自 癒過程）’以便使植入的異原子進人Sic曰曰日格，並使碳化石夕 晶圓或石夕晶片具有導電性。因植入異原子無可避免的會對 晶袼造成的磐，在回火過財只能被部分”治癒，，。回 火過程通常是在回火爐的過程室中以16〇〇。〇至2〇〇〇乞的高 B 溫進行’可以單獨對一片Sic晶圓進行回火過程，也可以 同時對多片SiC晶圓進行火回過程。 但是這樣的高溫會造成的一種問題是石夕的原子位置會 從碳化梦層(SiC)的晶格被移出’因而使原本平滑的沉表 損，另外一種可能的問題是會發生一種，，波浪狀的層級會 聚’’（step —g)現象’也就是說會出現晶格結構在晶圓 内位移的現象。 談 ^ 了改善以上關題’―種可能的方法是在高溫回火 _中將魏加人過程室，以提㈣分壓。這種方法通常 是使用-種魏·惰性氣體混合氣體，其中惰性氣體是氣。 但由於魏(Si%)具有自紐，因此是—種非常危險， 而且操作上很困難且麻煩的物質。 本發明的目的是提出—種沉晶圓之回火的方法及裝 置，此種方法及裝置可以在過程室中產生足夠的石夕分壓， 以及降低操作成本。 為了達到上述目的，本發明的方法是將許多片沉曰 200931537 圓放到一個回火爐的過程室中，並在過程室内形成真空， 同時將Sic晶圓的溫度加熱到160(TC至2000°C的過程溫 度’並將過程室内的矽分壓提高到大於Sic晶圓中的矽的 蒸汽壓的程度’並在相同的過程溫度中及規定的時間内維 持此矽分壓。 同時可以將純氣體狀或蒸汽狀的矽引入過程室，或是 將攜帶氣體及氣體狀或蒸汽狀的矽的混合氣體引入過程 室。可能的攜帶氣體包括氬、氦、氫等。 為了使過程溫度保持不變，被引入過程室的氣體狀或 蒸汽狀的矽(或是攜帶氣體及氣體狀或蒸汽狀的矽的混合氣 體)的溫度應高於16〇〇。〇。 本發明的一種特別有利的實施方式是蒸發SiC表面的 石夕以產生氣體狀或蒸汽狀的碎。被蒸發的可以是別匸晶 圓或矽碎片的表面，也可以是矽熔融液。 蒸發過程是在高於Moot的溫度中進行。 為了達到本發明的目的，本發明提出之SiC晶圓回火 裝置的特徵是，至少容納一片晶圓的過程室與一個至少能 夠產生氣體狀或蒸汽狀的矽以提高矽分壓的產生源連接。 氣體狀或蒸汽狀的矽的產生源是一個蒸發器，在Si熔 融液上方產生的攜帶氣體及氣流可以被引入這個蒸發器， 其中蒸發器是㈣—根連接管與過程室連接，或是位於過 程室内。 根，本發明的—種有利的實施方式，蒸發ϋ是-個由 墨厌化石夕構成的盒子，或是由帶有梦塗層的石墨或碳 4 200931537 化鈕、陶瓷、藍寶石、或鉬構成的盒子。 氣體狀或蒸汽狀的絲自蒸發器中的碎晶圓或石夕碎 片，或是矽熔融液。 ，根據本發明的-種有利的方式，蒸發器在回火爐中位 於過程室的下方’而且是位於回火爐内溫度l45(rc至 1700。0之_區域’因此蒸發器本身不必具備加熱器。 根據本發明的另外-财方式，蒸㈣在回火爐 中位於晶圓的下方。 可以用.隋性氣體(例如氬或氦)或氫作為攜帶氣體，但前 提是要在沒有氧氣的環境中使用。 蒸發器内的溫度在1450t至170CTC之間，過程室内的 溫度在1600。〇至1900°C之間。 本發明是將⑦發^ (起泡H)產生㈣航切蒸汽及 攜帶氣體之混合氣體引入過程室。 蒸發器(4)是一個位於回火爐(1)之過程室(2)下方的盒 子’回火爐是以最高可達2〇〇〇〇c的溫度對Sic晶圓⑶進行 回火。蒸發器(4)是由石墨祕石墨所構成，或是由帶有石夕 塗層的石墨所構成。蒸發器也可以是由矽化钽、藍寶石、 陶瓷、或是鉬等材料製成。蒸發器内有一片石夕晶圓(丄丨)或 石夕碎片作為矽蒸發源，其中又以矽碎片較佳。 蒸發器内需要的溫度範圍在l40(rc至16〇〇χ：之間，且 至少要高於矽的熔化溫度(1414。〇。如第丨圖所示，在過程 至(2)下方的絕熱層（7)下方及隔熱層（8)上方之間的區域需 達到這個溫度，以便將位於蒸發器内的sic晶圓(31)熔化 (5.1)
❹ 200931537 的液態矽片(11)。接著可以使-種攜帶氣體穿過 姆融液(產生氣泡）。攜帶氣郎.1)也可以從雜融 …·面上方通過。氬、氦、氫等氣體均可作為攜帶氣體 如第1圖所不，從氣體儲存容器流出的攜帶氣體㈣ 通過連接管⑶衫卿紐錢切綠汽如接著這 種由攜帶㈣切蒸汽組錢齡驗⑽域及發)可以 經由-根管子⑹到達位於過程室(2)内的Sic晶圓⑶，並在 該處形成必要的料壓，以防止要火回的Sic晶圓⑶被蒸 發。連接官(5)及管子⑹可以是由Sic、陶究、藍寶石、翻、 或疋石墨等材料製成。 ，重要的是，本發明可以用絕對安全的方式在過程室(2) 内形成必要⑽分壓，而且只需調節引人過程室之攜帶氣 體的速度及數量而可達到這個目的。 第1圖中的回火爐(1)具有爐壁(11)，以及一個位於上 方的高溫區(最冑溫度可達2GG(TC)，要回火的晶u⑶被置 於高溫區中的一個過程室(2)中。蒸發器(4)位於過程室(2)下 方，其所在的溫度區高於14〇〇t：，並具有一片表面被熔化 的矽晶圓(3.1)(第1圖)或熔化的矽碎片（11χ第2圖)。與攜帶 氣體儲存容器連接的連接管(5)是供引入攜帶氣體之用，管 子(6)是供攜帶氣體及矽的混合氣體通往過程室〇之用。 為了實現不同的溫度階段，在高溫區及蒸發器之間 有一個絕熱層(7)(C緩衝層），以及在蒸發器(4)下方有另外 一個由複數個隔熱層⑻及一個石英隔板(9)構成的絕熱層。 6 200931537 這樣的構造方式使回火爐(1)的底部區(l 〇)可以長期保持在 150 C左右的溫度。 從第2圖可以看出’咼溫區及蒸發器(4)被一個加熱器 (12)環繞住。和第1圖不同的是，在第2圖中，蒸發器⑷ 係位於過程室(2)内的底部，因此蒸發的攜帶氣體及矽的混 合氣體可以通過蒸發器(4)之蓋子(14)上的開口（13)直接到 達位於過程室(2)内的晶圓(3)。這種實施方式同樣是經由連 接管(5)引入所需的攜帶氣體。 回火爐(1)内的溫度是由一個將過程室(2)及蒸發器(4) 環繞住的加熱器(12)所產生。 本發明的方法疋將一個SiC晶圓(3.1)堆疊放到回火爐 (I) 的過程室(2)中，並在過程室内形成真空，同時加熱到 1600 C至2000 C的過程溫度，並將過程室内的碎分壓提高 到大於SiC晶圓(3.1)中的矽的蒸汽壓的程度，並在相同的 過程溫度中及規定的時間内維持此矽分壓。 同時可以將純氣體狀或蒸汽狀的矽引入過程室(2)，或 是將攜帶氣體及氣體狀或蒸汽狀的矽的混合氣體引入過程 室。可能的攜帶氣體包括氬、氦、氳等。 使攜帶氣體經過溫度高於1414。(：的熔化的矽碎片 (II) ’並帶著矽蒸汽進入過程室(2)(行進路線如第1圖及第2 圖中的箭頭所示）。 样為了確保過程溫度能夠保持不變，被引入過程室(2)的 氣體及氣體狀或蒸汽狀的矽的混合氣體的溫度應 l_〇C 〇 * ' 7 200931537 【圖式簡單說明】 / 以下以一個實施例並配合圖式對本發明的内容作進 步的說明。各圖式之内容為：
.L 第1圖：本發明之SiC晶圓回火裝置的示意圖’ 置具有一個位於過程室下方的蒸發II。 第2圖：位於過程室下方之蒸發氣的放大圖。 【主要元件符號說明】
Φ 1 回火爐 1.1 爐壁 2 過程室 3 要回火的晶圓 3.1 矽晶圓 4 蒸發器 5 連接管 5.1 攜帶氣體 6 管子 7 絕熱層 8 隔熱層 9 石英隔板 10 底部區 11 液態矽碎片 12 加熱器 13 開口 14 蓋子

Claims (1)

  1. 200931537 七、申請專利範圍： L 一種在高溫中使SiC晶圓回火的方法，其特徵為· 〜將許多片SiC晶圓(3)放到一個回火爐q)的過程室 中’並在過程室(2)内形成真空； 〜同時將SiC晶圓(3)的溫度加熱到16〇(rc至19 2〇〇〇t的過程溫度； ^
    〜將過程室(2)内的矽分壓提高到太於Sic晶圓中的矽 ^汽壓的程度’並在相同的過程溫度中及規定的時間内 2二如申請專利範圍第1項的方法，其特徵為：將氣體 狀或蒸汽狀的矽引入過程室(2)。 # 3.如中請專利範圍第！項的方法’其特徵為：將攜帶 氣體及氣體狀或蒸汽狀的料混合氣體引人過程室(2)。 —4.如中請專利_第3項的方法，其特徵為： 氮作為攜帶帶氣體。 一 5.如申請專利範圍第1項的方法，其特徵為：以 為攜帶帶氣體。 6.如申請專利範圍第i項至第4項中任一項的方法， j徵為：親度至少14坑之氣體狀或蒸汽狀的石夕或攜 .體及氣體狀絲汽狀_的混合氣體引人過程室⑺。 如中請專利範圍第2項至第6項中任—項的方法， :徵為：將SlC表面的錢發’以產生氣體狀或蒸汽狀 從SiC 8.如申請專概㈣7項的方法，其特徵為 9 200931537
    晶圓（3.1)的表面切碎収/或石夕溶 9.如申請專利範園第8項的方法
    狀或蒸汽狀的=:融： :氣體 =產生的攜帶氣體及氣流可以被引人蒸發器⑷，而且蒸發 盗(4)是經由-根連接管⑶與過程室(2)連接，或是位於過程 室(2)内。 12.如申請專利範圍第11項的裝置，其特徵為：蒸發 器(4)疋一個由石墨、碳化矽構成的盒子，或是由帶有矽塗 層的石墨或碳她、石、或錮構成的盒子。 13·如申請專利範圍第10項至第12項中任一項的裝 置’其特徵為：氣體狀或蒸汽狀的矽來自蒸發器(4)中的石夕 晶圓(3.1)或矽碎片（11)，或是矽熔融液。 14. 如申請專利範圍第10項至第12項中任一項的裝 置’其特徵為：蒸發器(4)在回火爐(1)中位於過程室(2)的下 方。 15. 如申請專利範圍第10項至第12項的裝置，其特徵 為：將蒸發器（2)在過程室（2)中位於晶圓（3)的下方。 16. 如申請專利範圍第15項的裝置，其特徵為：將蒸 200931537 發器（4)設置在火爐（1)内溫度^450¾至i7〇〇°C之間的 區域。 17. 如申請專利_第1G項至第16項中任一項的裝 置，其特徵為：以氬*鱗惰性氣體作為攜帶氣體。 18. 如申請專利範固第1〇項至第16項中任一項 置，其特徵為：以氫作為攜帶氣體。 设如申請專利範圍第1〇項至第18項中任一項的襄 置’其特徵為：蒸發器内的溫度在⑷叱至i咖。C之、 20.如申請專利範圍第1〇項的裳置，其特徵為^程 至内的溫度在160CTC至19〇〇t：之間。 乩使用Sic晶圓、發晶片、_制_ 範圍第1項至第9項中任一項的方法。 甲明專利 22.將SiC晶圓、石夕晶片、或破砗片士 圍第10項至第20項中任一項的裝置。；凊利範
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