SiC离子注入后退火工艺制造技术

公开了一种SiC离子注入后退火工艺，SiC离子注入后退火工艺中，首先在SiC表面制备一层致密的碳膜，将SiC晶片放置在底部装有高纯硅片或高纯硅粉的密闭石墨容器中；将石墨容器放入高温陶瓷炉管中，通入保护气体；升温至1500

【技术实现步骤摘要】
SiC离子注入后退火工艺


[0001]本专利技术属于第三代宽禁带半导体材料
，特别是一种SiC离子注入后退火工艺。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体具有高的临界击穿场强，是高压大功率器件的首选。碳化硅相比于其他宽禁带材料，具有热导率高，外延质量高，离子注入工艺可控等优点，使其成为目前功率器件的首选，特别是在电动汽车，光伏发电领域等领域具有旷阔的应用前景。离子注入作为SiC器件制备工艺中重要的环节，其退火质量显著影响器件的性能和良率。特别是高剂量P型注入掺杂(注入A1)激活需要1700℃左右的高温，这已经接近SiC的分解温度，在注入损伤应力的影响下，很容易使得SiC表面分解。这种分解是不可恢复的，破坏性的损伤，直接导致器件失效，流片失败。
[0003]硅的饱和蒸气压较大，在高温情况下，SiC分解一般是硅组分溢出，留下碳单质，为了避免SiC的分解，传统工艺会在SiC表面制备一层致密的碳膜，同时增加退火气压。但是，1200℃以上的高温退火，一般采用氧化铝或碳化硅陶瓷炉管，相比于石英炉管，其致密性较差。特别是在高温情况下，空气很容易进入炉管，少量的氧气将致密的碳膜氧化，进而使其失去保护作用，最后导致SiC分解。另外一种方法是向退火炉内通入硅蒸汽，在适当的温度下可以避免SiC的分解，但是由于退火环境中高的硅组分，会在SiC表面发生再结晶，影响表面粗糙度，特别是在高温下容易形成SiC颗粒，很难去除，影响器件制备。
[0004]现阶段产线工艺为了避免高温陶瓷管的漏气，通常采用双层炉管，外层炉管采用石英或不锈钢，以保证内部真空度，内层高炉管和外层炉管之间增加保温材料，以降低外炉管，同时为了较少保温材料的挥发物进入内层炉管，内层炉管通常需要镀膜以保证内部洁净度。此工艺的缺点是设备复杂，成本高，不适用科研和小规模生产。
[0005]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0006]针对目前SiC离子注入后退火工艺中，SiC表面易分解的问题，提出了一种同时增加硅蒸汽和碳蒸汽的新工艺，可显著避免SiC高温分解的同时保护表面质量，且工艺简单，与传统工艺兼容。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种SiC离子注入后退火工艺包括：
[0008]步骤S1：将离子注入后的碳化硅样品去除注入掩膜并进行清洗；
[0009]步骤S2：在清洗后的碳化硅样品表面制备碳膜；
[0010]步骤S3：将带有碳膜的碳化硅样品放置到石墨盒中的SiC舟上；
[0011]步骤S4：在所述石墨盒底部加入硅片或者硅粉；
[0012]步骤S5：将容纳所述石墨盒的炉管密封后抽真空；
[0013]步骤S6：炉管抽真空后通入保护气体并保持第一预定压力；
[0014]步骤S7：将炉管升温至退火温度并保持第一预定时间；
[0015]步骤S8、退火反应结束后将炉管温度降至第一温度，并通入气体至大气压；
[0016]步骤S9、打开石墨盒将碳化硅样品取出；
[0017]步骤S10、将碳化硅样品放入炉管中升温至600
‑
1100℃；
[0018]步骤S11、向炉管中通入氧气并在第二预定压力和第二温度保持第二预定时间。
[0019]所述的SiC离子注入后退火工艺中，还包括，
[0020]步骤S12、保温结束后降至室温；
[0021]步骤S13、取出碳化硅样品并清洗。
[0022]所述的SiC离子注入后退火工艺中，所述退火温度超过1410℃。
[0023]所述的SiC离子注入后退火工艺中，所述石墨盒包括可开闭的密封石墨腔室。
[0024]所述的SiC离子注入后退火工艺中，保护气体包括氮气或氩气。
[0025]所述的SiC离子注入后退火工艺中，第一温度为室温。
[0026]所述的SiC离子注入后退火工艺中，步骤S13步骤S13中，采用BIOE清洗。
[0027]和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术对离子注入后的SiC样品同样进行表面镀碳膜处理，为了避免表面碳膜被氧化，我们没有采取双层真空的退火方案，而是将样品置于石墨腔室中，高温情况下，石墨腔室外层的碳与扩散进炉管的少量氧气反应，将氧气耗尽，避免了SiC表面碳膜的分解消耗；但是石墨腔室内部碳蒸汽压的增加会诱发SiC中的Si溢出，使得SiC提前分解，为此在石墨腔室底部增加硅片，温度超过1410℃，硅片融化，增加了石墨腔室中的碳蒸汽和硅蒸汽，在达到SiC激活退火温度后，高的碳和硅的饱和蒸汽压，保证了SiC不会分解，甚至会在碳膜表面生长SiC颗粒。碳膜的完整性保证了SiC的质量，同时也避免了生长的SiC对表面的影响。本工艺可在离子注入后高温退火工艺中有效避免SiC表面质量的降低。特别是针对密封性较差的退火环境，效果不会退化。
附图说明
[0028]通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
[0029]在附图中：
[0030]图1是现有技术的仅用碳膜保护的晶片退火后表面光学显微镜放大后的图像示意图；
[0031]图2是现有技术的仅用碳膜保护的晶片退火后表面的电子显微镜放大后的图像示意图；
[0032]图3是本专利技术一个实施例的光学显微镜放大后的图像示意图；
[0033]图4是本专利技术一个实施例的电子显微镜放大后的图像示意图；
[0034]图5是本专利技术一个实施例的退火工艺布置示意图。
[0035]以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。
具体实施方式
[0036]下面将参照附图1至图5更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0037]需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本专利技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本专利技术的范围。本专利技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0038]为便本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC离子注入后退火工艺，其特征在于，其包括以下步骤，步骤S1：将离子注入后的碳化硅样品去除注入掩膜并进行清洗；步骤S2：在清洗后的碳化硅样品表面制备碳膜；步骤S3：将带有碳膜的碳化硅样品放置到石墨盒中的SiC舟上；步骤S4：在所述石墨盒底部加入硅片或者硅粉；步骤S5：将容纳所述石墨盒的炉管密封后抽真空；步骤S6：炉管抽真空后通入保护气体并保持第一预定压力；步骤S7：将炉管升温至退火温度并保持第一预定时间；步骤S8、退火反应结束后将炉管温度降至第一温度，并通入气体至大气压；步骤S9、打开石墨盒将碳化硅样品取出；步骤S10、将碳化硅样品放入炉管中升温至600
‑
1100℃；步骤S11、向炉管中通入氧气并在第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明超，耿莉，杨松泉，刘卫华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：