一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的方法及装置，将待刻蚀表面制有KOH粉末的碳化硅晶片放置在预热腔中的晶片支架上，进行晶片预热；待反应腔中的温度达到预设温度时，打开绝热窗口，通过驱动部件将晶片支架送入反应腔中，以使碳化硅晶片表面的KOH粉末在高温下迅速熔融，熔融的氢氧化钾在对相对平整表面区域刻蚀的同时，也会对表面粗糙度大的区域刻蚀，并且表面粗糙度大的区域刻蚀速率大于相对平整的表面区域的刻蚀速率，直至消除表面因机械加工引起的表面划痕和损伤；当达到预设刻蚀时间后，在预热腔中对刻蚀后的碳化硅晶片进行降温。本申请通过调节试剂量、刻蚀温度和时间，能够快速、精确的去除碳化硅表面的划痕和损伤。的划痕和损伤。的划痕和损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的方法及装置


[0001]本申请涉及碳化硅晶片表面处理
，尤其涉及一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的方法及装置。

技术介绍

[0002]碳化硅单晶具有高热导率、高击穿电压、高电子迁移速率等优点，是一种在高温高频器件中具有广泛应用前景的宽禁带半导体材料。碳化硅晶片可用于外延生长薄膜材料或作为籽晶生长碳化硅单晶。这类晶片无论作为籽晶用于新的晶体生长或作为衬底用于外延薄膜做器件，一般都会将碳化硅晶片中的缺陷原样复制到新的材料中。例如，碳化硅晶片中的缺陷复制到外延薄膜中，不仅会引起漏电现象，而且会导致电子迁移速率显著下降。而当前商用碳化硅晶片表面都存在一定程度的表面划痕及损伤，较为严重情况会影响外延器件和碳化硅单晶的质量。
[0003]为了获得高质量碳化硅单晶和外延器件，去除碳化硅晶片表面的划痕损伤是有必要的。传统用于碳化硅晶片表面加工的方法主要有机械抛光和化学机械抛光，这两种抛光技术仍保留研磨的实质，研磨过程中往往会在碳化硅晶片表面形成划痕及损伤，这些划痕和损伤在外延生长或作为籽晶生长碳化硅单晶都很容易成为位错的成核点。因此，这些方法都不太适合用于工业生产中去除碳化硅晶片表面的划痕及损伤。
[0004]相较于上述机械抛光和化学机械抛光，化学腐蚀是一种更为适合去除碳化硅晶片表面的划痕及损伤的方法。现有的化学腐蚀方法主要包括：氧化法、阳极腐蚀法、氢气刻蚀法及湿法腐蚀等。其中氧化法会造成杂质增加和缺陷积聚等，其反应是一个非常复杂的过程。另外，阳极腐蚀法是将样品作为阳极，进行电化学腐蚀，其腐蚀效率太低难以满足工业生产的需要。
[0005]值得一提的是氢气刻蚀法，这种方法利用高温下氢气与碳化硅表面的碳悬挂键和硅悬挂键反应，以达到刻蚀碳化硅的目的。但是，采用这种方法刻蚀碳化硅，氢气与碳反应的速率大于与硅的反应，因此氢蚀后会在晶体表面残留硅颗粒残留。此外，不仅氢气制备需要耗费大量的能源，而且氢气是一种极易发生爆炸的气体，其浓度范围在4％
‑
74％都有可能发生爆炸，存在较大的安全隐患。
[0006]湿法腐蚀也称为熔盐法，是利用熔融的盐类，如氢氧化钾(KOH)进行腐蚀的方法，这种方法简单易行，而且反应速度很快。因此，为了实现简单、快速去除碳化硅晶片表面的划痕及损伤，目前研究了一种KOH腐蚀快速去除碳化硅晶片表面划痕及损伤的方法。KOH腐蚀碳化硅通常将碳化硅晶片放置在镍网中放入盛有熔融KOH的镍坩埚中进行反应。
[0007]但是，采用KOH腐蚀碳化硅时，存在反应速率太快，难以精确控制碳化硅晶片的去除量的问题，并且采用镍网盛放碳化硅晶片腐蚀时，高温下晶片表面与镍网会产生相对滑动，容易产生新的划痕。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本申请实施例提供了一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的方法及装置。
[0009]根据本申请实施例的第一方面，提供了一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的装置，其述装置包括反应腔、预热腔、隔热窗口、驱动部件和用于承载碳化硅晶片的晶片支架，其中：
[0010]所述反应腔和预热腔之间通过可移动的所述隔热窗口隔开；
[0011]所述预热腔，用于对刻蚀前的碳化硅晶片进行预热以及对刻蚀后碳化硅晶片的降温；
[0012]所述反应腔，用于将附着在所述碳化硅晶片表面的氢氧化钾加热至熔融态，以对所述碳化硅晶片进行表面刻蚀；
[0013]所述驱动部件，用于将承载有所述碳化硅晶片的晶片支架从所述反应腔移至所述预热腔或从所述预热腔移至所述反应腔。
[0014]根据本申请实施例的第二方面，提供了一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的方法，利用本申请实施例第一方面所述的装置，所述方法包括：
[0015]将待刻蚀表面制备有KOH粉末的碳化硅晶片放置在预热腔中的晶片支架上，进行晶片预热，其中，所述晶片预热的温度小于KOH粉末熔融的温度；
[0016]完成预热且反应腔中的温度达到预设温度时，打开绝热窗口，通过驱动部件将晶片支架送入反应腔中，关闭所述绝热窗口，以使所述碳化硅晶片表面的KOH粉末在高温下迅速熔融；
[0017]当达到预设刻蚀时间后，打开所述绝热窗口，利用所述驱动部件将所述晶片支架送入所述预热腔中，以对刻蚀后的碳化硅晶片进行降温。
[0018]本申请实施例提供的快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的方法及装置，熔融的氢氧化钾在对相对平整表面区域刻蚀的同时，也会对表面粗糙度大的区域刻蚀，并且表面粗糙度大的区域刻蚀速率大于相对平整的表面区域的刻蚀速率，直至消除表面因机械加工引起的表面划痕和损伤。与其他去除表面划痕的方法不同，这种氢氧化钾刻蚀的方法能够快速的去除碳化硅晶片表面划痕和损伤，既不会引入新的表面损伤，也不会因刻蚀剂阳离子半径太小而引起碳化硅污染。通过调节氢氧化钾的剂量、刻蚀的温度和时间，能够快速、精确的去除碳化硅表面的划痕和损伤。同时，在刻蚀时，氢氧化钾粉末在高温下迅速熔融附在碳化硅晶片表面并进行反应，保证不会因温度不均导致氢氧化钾飞溅的安全隐患。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0020]为了更清楚地说明本专利技术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而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本申请实施例提供的碳化硅晶片KOH刻蚀的装置基本结构示意图；
[0022]图2a为本申请实施例提供的熔融的KOH与碳化硅晶片刚开始反应时的示意图；
[0023]图2b为本申请实施例提供的熔融的KOH与碳化硅晶片反应一段时间后的示意图；
[0024]图2c为本申请实施例提供的熔融的KOH与碳化硅晶片反应结束后的示意图；
[0025]图3为本申请实施例提供的多层式晶片支架的基本结构示意图；
[0026]图4为本申请实施例提供的多尺寸式晶片支撑台的基本结构示意图；
[0027]图5为图4中晶片支撑台的A
‑
A方向的剖视图。
具体实施方式
[0028]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0029]本申请实施例旨在提出一种简单、快速处理碳化硅晶片表面的新装置及方法。利用这一方法，可以快速的去除碳化硅晶片表面的划痕及损伤，同时，该方法不仅不限于晶片的尺寸，如四至十二英寸，而且适用于各种类型的晶片，如高纯、高氮掺杂和半绝缘等。需要说明的是，本实施例所说的碳化硅晶片表面包括碳化硅所有的mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的装置，其特征在于，所述装置包括反应腔、预热腔、驱动部件和用于承载碳化硅晶片的晶片支架，其中：所述反应腔和预热腔之间通过可移动的所述隔热窗口隔开；所述预热腔，用于对刻蚀前的碳化硅晶片进行预热以及对刻蚀后碳化硅晶片的降温；所述反应腔，用于将附着在所述碳化硅晶片表面的氢氧化钾粉末加热至熔融态，以对所述碳化硅晶片进行表面刻蚀；所述驱动部件，用于将承载有所述碳化硅晶片的晶片支架从所述反应腔移至所述预热腔或从所述预热腔移至所述反应腔。2.根据权利要求1所述的快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的装置，其特征在于，所述反应腔和所述预热腔上均设有供保护气体通过的进气口和排气口。3.根据权利要求1所述的快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的装置，其特征在于，所述晶片支架上的晶片支撑台设置为台阶式结构，每一层台阶可用于固定一个尺寸的晶片。4.一种快速去除碳化硅晶片表面划痕和损伤的方法，其特征在于，利用权利要求1至3任一所述的装置，所述方法包括：将待刻蚀表面制备有KOH粉末的碳化硅晶片放置在预热腔中的晶片支架上，进行晶片预热，其中，所述晶片预热的温度小于KOH粉末熔融的温度；待反应腔中的温度达到预设温度时，打开绝热窗口，通过驱动部件将所述晶片支架送入所述反应腔中，关闭所述绝热窗口，以使所述碳化硅晶片表面的KOH粉末在高温下迅...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨祥龙，李华东，彭燕，陈秀芳，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：