一种碳化硅及其退火装置和退火方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种碳化硅及其退火装置和退火方法，所述退火装置包括用于给碳化硅施加压力的加重部、用于承载碳化硅的装载部和换气部；所述装载部的上部设有第一开孔，所述加重部通过所述第一开孔伸入所述装载部的内部与碳化硅接触，并对所述碳化硅施加压力；所述装载部的四周侧壁设有用于形成气流的通孔；所述换气部与所述装载部通过气管相连接，并通过所述通孔进行装载部内部与外部的气流对换。所述退火方法中保护气体通过通孔在所述装载部的内部形成气流，并实时通入和排出保护气体进行换气，可降低碳化硅晶片的Warp和Bow值，并防止加工过程Warp或Bow进一步变差，单次退火片数高，适合产业批量化。适合产业批量化。适合产业批量化。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅及其退火装置和退火方法


[0001]本专利技术涉及
，尤其涉及一种碳化硅及其退火装置和退火方法。

技术介绍

[0002]以碳化硅(SiC)为代表的宽禁带半导体材料，是继以硅和砷化镓为代表的第一代、第二代半导体材料之后迅速发展起来的新型半导体材料。碳化硅材料具有它所特有的宽带隙、高热导率、高临界击穿电场、高载流子饱和漂移等特点，独特的物理性质使得碳化硅基半导体器件具有众多优良的特性，如高功率密度、耐高温、抗辐射及高功率和截止频率等，其微波功率器件、电力电子器件、光电子器件已在空间通讯、雷达、舰船、半导体照明灯多个领域展现出巨大的应用价值。
[0003]目前物理气相输运法(PVT法)为当前生长碳化硅单晶的主流工艺退火方法，由于在生长过程中热场环境带来的温度梯度变化，使得所得碳化硅晶体内部存在了较大的热应力，而在接下来的晶体滚圆、切割、研磨等加工过程中，会引入表面应力，晶片容易出现翘曲，严重时发生开裂，同时热处理过程中晶体易受到杂质污染和表面损伤。因此在加工过程中需要对碳化硅晶片进行退火处理，减小晶片应力，降低晶片Warp和Bow值，并防止加工过程Warp或Bow进一步变差，提高晶片产率。
[0004]CN102534805A公开了一种碳化硅晶体退火工艺，其是通过减小温度梯度(晶体温度梯度1
‑
10℃/cm)，在压力1
‑
8万帕以上的惰性气体下用1
‑
5小时升到退火温度，退火温度在2300
‑
2500℃，恒温10
>‑
40小时后再用10
‑
50小时降温。降低晶体与坩埚盖之间以及碳化硅晶体内部应力，从而降低后续加工过程中碳化硅晶体破损率，提高碳化硅晶体产率。没有提到对加工过程中的碳化硅晶片退火。
[0005]CN214032757U公开了一种用于碳化硅晶片退火的退火装置，通过在坩埚体内设有一层或多层用于放置碳化硅晶片的夹层板，并且设置各夹层板沿坩埚体的轴向方向排布，相邻的夹层板之间具有一定的间距。这样，在碳化硅晶片退火时，在各夹层板上分别摞若干片碳化硅晶片，与将所有的碳化硅晶片直接摞在一起相比，可以有效防止碳化硅晶片的晶片重量增加，导致晶片之间压得过紧，氧化后难分离的问题。同时，在各夹层板上开设通孔，可以保证空气的流通，进而可以保证各晶片之间的空气流通，有助于减少晶片黏连。因此，该申请实施例可以解决碳化硅晶片退火后晶片不好分离的问题，可以有效降低裂片、破片率。没有提到碳化硅晶片退火前后Warp和Bow值的变化。
[0006]因此，如何在退火过程中改善晶片的Warp和Bow值是提升碳化硅晶片的关键所在。

技术实现思路

[0007]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种碳化硅及其退火装置和退火方法，本专利技术能够降低晶片Warp和Bow值，并防止加工过程Warp或Bow进一步变差，单次退火片数高，适合产业批量化。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种碳化硅的退火装置，所述退火装置包括用于给碳化硅施加压力的加重部、用于承载碳化硅的装载部和换气部；
[0010]所述装载部的上部设有第一开孔，所述加重部通过所述第一开孔伸入所述装载部的内部与碳化硅接触，并对所述碳化硅施加压力；
[0011]所述装载部的四周侧壁设有用于形成气流的通孔；
[0012]所述换气部与所述装载部通过气管相连接，并通过所述通孔进行装载部内部与外部的气流对换。
[0013]本专利技术提供的退火装置通过在装载部的四周侧壁设有用于形成气流的通孔，从而能够加强装载部内部与外部的气流对换，提高装载部内部温度的均匀性，最终降低退火后碳化硅晶片的Warp和Bow值，提高退火后碳化硅晶片的质量，而且经过该退火装置退火后的碳化硅晶片的加工性能更佳，经后续机械加工仍然能够保持较好的Warp和Bow值。
[0014]值得说明的是，本专利技术提供的退火装置更适用于碳化硅晶片的退火，能够显著改善碳化硅晶片退火后的Warp值和Bow值。
[0015]优选地，所述通孔的孔径大小为0.1～5mm，例如可以是0.1mm、0.7mm、1.2mm、1.8mm、2.3mm、2.9mm、3.4mm、4mm、4.5mm或5mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术进一步优选将通孔的孔径大小控制在上述范围内，更有利于保障气流的流动，从而能够保障退火时碳化硅晶片各处的温度的均匀性，提高退火后碳化硅晶片的质量。
[0017]优选地，所述通孔与通孔之间的间距为0.5～20mm，例如可以是0.5mm、2.7mm、4.9mm、7mm、9.2mm、11.4mm、13.5mm、15.7mm、17.9mm或20mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述通孔在所述装载部的四周侧壁上均匀分布。
[0019]优选地，所述通孔在所述装载部的四周侧壁上呈螺旋形或队列形分布。
[0020]现有技术中的碳化硅退火一般在负压状态下进行或者在无气流流动下进行，这样容易导致退火温度分布不均匀或者上下分布的碳化硅晶片退火质量不一。本专利技术优选通孔呈螺旋形分布，从而有利于形成螺旋形气流，由于加热部件设置在装载部的四周，以螺旋形分布的气流通入即加强了四周气流与内部中心气流的交换，也有利于改善碳化硅晶片退火过程中上下晶片之间的气流交换，从而在多晶片一起进行退火的时候有利于保障上下晶片退火的一致性，提高产业化生产的产品质量均一性和稳定性。
[0021]优选地，所述通孔呈队列形分布时，所述通孔共设置1～20排，每排的通孔数量为4～100个。通孔共设置1～20排，例如可以是1排、4排、6排、8排、10排、12排、14排、16排、18排或20排等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。每排的通孔数量为4～100个，例如可以是4个、15个、26个、36个、47个、58个、68个、79个、90个或100个等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，所述通孔在所述四周侧壁上的高度高于放置在所述装载部内部的碳化硅的高度。
[0023]优选地，所述通孔在所述四周侧壁上的高度占所述四周侧壁总高的1/3～2/3，例如可以是0.334、0.35、0.38、0.39、0.40、0.42、0.45、0.48、0.50、0.55、0.6或0.65等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术优选将通孔的设置高度高于碳化硅叠放的高度，并优选螺旋向下的气流使气流实现装载部内部与外部的交换，一方面避免低于碳化硅晶片的通孔通入气流使外部气流直接与碳化硅晶片对接，导致碳化硅晶片在退火过程中温度变化较多，另一方面以螺旋向下的气流能够使外部气流与碳化硅晶片所在周围气流进行交换，同样有利于传热，提高了碳化硅退火的均匀性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅的退火装置，其特征在于，所述退火装置包括用于给碳化硅施加压力的加重部、用于承载碳化硅的装载部和换气部；所述装载部的上部设有第一开孔，所述加重部通过所述第一开孔伸入所述装载部的内部与碳化硅接触，并对所述碳化硅施加压力；所述装载部的四周侧壁设有用于形成气流的通孔；所述换气部与所述装载部通过气管相连接，并通过所述通孔进行装载部内部与外部的气流对换。2.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于，所述通孔的孔径大小为0.1～5mm；优选地，所述通孔与通孔之间的间距为0.5～20mm；优选地，所述通孔在所述装载部的四周侧壁上均匀分布；优选地，所述通孔在所述装载部的四周侧壁上呈螺旋形或队列形分布；优选地，所述通孔呈队列形分布时，所述通孔共设置1～20排，每排的通孔数量为4～100个；优选地，所述通孔在所述四周侧壁上的高度高于放置在所述装载部内部的碳化硅的高度；优选地，所述通孔在所述四周侧壁上的高度占所述四周侧壁总高的1/3～2/3；优选地，所述加重部中可伸入所述装载部的部件的横截面与所述第一开孔相当；优选地，所述加重部中可伸入所述装载部的部件的材质包括石墨；优选地，所述加重部中可伸入所述装载部的部件的底部的平面度＜50μm；优选地，所述装载部为坩埚；优选地，所述装载部的材质包括石墨；优选地，所述装载部还包括依次设置在所述四周侧壁的外侧的加热部件；优选地，所述加热部件环绕所述四周侧壁均匀分布；优选地，所述退火装置还包括保温部；所述保温部包括设置在所述装载部的上部的上保温层和设置在所述装载部的下部的下保温层；优选地，所述加重部包括第一加重部和第二加重部；优选地，所述第一加重部直接向所述装载部内的碳化硅施加压力，所述第二加重部设置在所述上保温层的上部；优选地，所述保温部还包括设置在所述加热部件和加重部外侧的外围保温层；优选地，所述保温部的材质包括碳毡；优选地，所述加热部件包括电阻加热部件；优选地，所述装载部的底面尺寸为碳化硅的俯视图截面的1.2～2倍；优选地，所述装载部呈圆柱形，所述装载部的四周侧壁为圆环壁；优选地，所述换气部包括抽真空和充气装置；优选地，所述抽真空装置为真空泵；优选地，所述充气装置包括保护气体储存部和保护气体输送部；优选地，所述保护气体输送部包括保护气体输送泵。3.一种碳化硅的退火方法，其特征在于，所述退火方法采用权利要求1或2任一项所述的碳化硅的退火装置进行。
4.根据权利要求3所述的退火方法，其特征在于，所述退火方法包括：碳化硅置于装载部的内部，在所述碳化硅的上部压上加重部并施加压力，利用换气部进行抽真空，然后充入保护气体，所述保护气体通过通孔在所述装载部的内部形成气流，并实时通入和排出保护气体进行换气维持所述装载...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永伟，王雪洁，袁振洲，刘欣宇，
申请(专利权)人：江苏超芯星半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：