本實(shí)用新型涉及一種用于SiC IGBT外延工藝表面處理的腔體,屬于半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，SiC材料以其特有的大禁帶寬度、高臨界擊穿場強(qiáng)、高電子遷移率、高熱導(dǎo)率等特性，被越來越多的應(yīng)用于IGBT器件的生產(chǎn)制造。在SiC IGBT器件的外延生長過程中，SiC襯底的表面狀況直接影響到外延層生長的質(zhì)量，從而影響到IGBT器件的整體性能。在外延生長前對襯底表面利用等離子刻蝕和高溫退火的方法進(jìn)行處理，可以獲得清潔、平整、抗氧化能力強(qiáng)的襯底表面，并且可以改善襯底的晶體缺陷，消除晶體內(nèi)的應(yīng)力。在此種襯底表面上可以生長出高質(zhì)量的外延層，對IGBT器件產(chǎn)品的良率和整體性能起到了改善和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型涉及一種用于SiC IGBT外延工藝表面處理的腔體，具體結(jié)構(gòu)為：包括等離子刻蝕腔體，所述等離子刻蝕腔體的上方設(shè)置用于高溫加熱的鹵鎢燈管模塊，所述等離子刻蝕腔體內(nèi)下電極的下方的設(shè)置紅外溫度探頭。

上述的用于SiC IGBT外延工藝表面處理的腔體，其中: 所述鹵鎢燈管模塊含有數(shù)個呈矩陣排列的鹵鎢燈管。

上述的用于SiC IGBT外延工藝表面處理的腔體，其中:所述紅外溫度探頭數(shù)量為9個，所述紅外溫度探頭沿等離子刻蝕腔體內(nèi)的晶圓中心至邊緣方向以輻射狀均勻分布。

上述的用于SiC IGBT外延工藝表面處理的腔體，其中:所述等離子刻蝕腔體的一側(cè)設(shè)置可控磁場、制程氣體通道、質(zhì)量流量控制器，另一側(cè)設(shè)置可控磁場；所述等離子刻蝕腔體之中設(shè)有下電極，所述下電極上設(shè)置頂針，所述頂針上放置晶圓；所述等離子刻蝕腔體的下方設(shè)置接地、射頻發(fā)生器、氣體通道。

上述的用于SiC IGBT外延工藝表面處理的腔體，其中:所述氣體通道上依次設(shè)置氣壓計(jì)、閥門閥、節(jié)流閥、分子泵、隔離閥、干式泵。

SiC IGBT器件外延生長前的表面處理和外延生長是在該腔體內(nèi)維持真空狀態(tài)連續(xù)進(jìn)行，IGBT器件外延生長前，在該腔體內(nèi)對襯底表面進(jìn)行等離子刻蝕和高溫退火處理，該腔體內(nèi)對襯底表面進(jìn)行等離子刻蝕處理，先通入制程氣體CHF₃ 50sccm、Ar 20sccm、He 20sccm，腔體內(nèi)的壓力控制在30mTorr，射頻輸出60W，反應(yīng)的時(shí)間為30s；再通入Ar 50sccm、He 50sccm，腔體內(nèi)的壓力控制在20mTorr，射頻輸出50W，反應(yīng)時(shí)間20 s。等離子刻蝕表面處理結(jié)束之后，腔體內(nèi)維持真空狀態(tài)，鹵鎢燈管模塊將晶圓緩慢加熱至1200^oC，保持恒溫5min，然后再緩慢降至室溫完成退火。

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的用于SiC IGBT外延工藝表面處理的腔體，是在傳統(tǒng)的等離子刻蝕腔體上方引入了可高溫加熱的鹵鎢燈管模塊，在腔體的下電極下方引入了紅外溫度探頭。在SiC IGBT器件外延制作過程中，可以在該腔體內(nèi)先對襯底表面進(jìn)行等離子刻蝕和高溫退火處理，然后腔體維持真空狀態(tài)進(jìn)行外延生長。

在SiC IGBT器件的制作過程中，其襯底表面會存在各種污染物，如氧化物、顆粒粉塵、有機(jī)物、金屬雜質(zhì)和離子等，表面粗糙度較高，晶體存在一定程度的缺陷和應(yīng)力。在這種狀況下生長的外延層質(zhì)量差，會造成IGBT器件電阻值變高、電子遷移率降低、開關(guān)損耗變大、開關(guān)速度變慢等問題，嚴(yán)重影響到IGBT器件的性能。在SiC IGBT器件外延生長之前采用本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的表面處理技術(shù)，會很大程度地改善襯底的表面狀況和外延層的生長質(zhì)量，從而提高IGBT器件產(chǎn)品的良率和整體性能。

目前的SiC IGBT外延制作工藝，襯底的表面處理和外延生長通常是在不同的設(shè)備和腔體內(nèi)進(jìn)行，可能會對襯底表面造成二次污染，而且也會影響設(shè)備的產(chǎn)量。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的技術(shù)方案，使外延生長前的表面處理和外延生長可以在同一個腔體內(nèi)維持真空狀態(tài)連續(xù)進(jìn)行，解決了上述問題。

附圖說明

圖1本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的外延工藝表面處理的腔體示意圖：

圖中1-鹵鎢燈管模塊，2-質(zhì)量流量控制器，3-石英窗，4-可控磁場，5-下電極，6-頂針，7-接地，8-紅外溫度探頭，9-射頻發(fā)生器，10-氣壓計(jì)，11-閘門閥，12-節(jié)流閥，13-分子泵，14-隔離閥，15-干式泵。

圖2鹵鎢燈管模塊示意圖：

圖中16-鹵鎢燈管，17-燈罩，18-腔體蓋板。

圖3紅外溫度探頭分布圖：

圖中5-下電極，8-紅外溫度探頭。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，在傳統(tǒng)的等離子刻蝕腔體上方引入可高溫加熱的鹵鎢燈管模塊1，在腔體的下電極5下方引入了紅外溫度探頭7。腔體上方的鹵鎢燈管模塊1內(nèi)含有眾多呈矩陣排列的鹵鎢燈管，如圖2所示。鹵鎢燈管發(fā)光照射在晶圓表面可以將晶圓加熱至超過1000^oC的溫度。下電極5下方設(shè)有9個紅外溫度探頭8沿晶圓中心至邊緣方向以輻射狀均勻分布，如圖3所示。紅外溫度探頭8通過光纖將晶圓的熱輻射信號傳至溫控系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行分析控溫。

在SiC IGBT器件外延生長之前，將晶圓傳送至本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的腔體內(nèi)先對襯底表面進(jìn)行處理，然后腔體內(nèi)維持真空狀態(tài)進(jìn)行外延生長。表面處理的步驟和工藝如下：

1．用等離子刻蝕的方法對襯底表面進(jìn)行軟刻蝕，來清除襯底表面的氧化物等污染物。

先通入制程氣體：CHF₃ 50sccm、Ar 20sccm、He 20sccm，腔體內(nèi)的壓力控制在30mTorr。待腔體內(nèi)氣流和壓力穩(wěn)定后，由射頻發(fā)生器9提供一個功率為60W的射頻來激發(fā)等離子體在晶圓表面反應(yīng)，反應(yīng)的時(shí)間設(shè)為30s。在射頻的作用下，處于高真空的反應(yīng)腔體內(nèi)的制程氣體分解電離：CHF₃ + Ar + He + 3e→CF₃⁺ + CF3 + HF + F + Ar⁺ + He⁺。CF₃是刻蝕SiO₂的主要活性基，與SiO₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：4CF₃ + 3SiO₂→3SiF₄↑+ 2CO₂↑+ 2CO↑。在反應(yīng)過程中，Ar⁺、CF₃⁺、He⁺ 同時(shí)起到物理濺射刻蝕的作用。CHF₃可以提高對襯底SiC刻蝕的選擇比，He作為稀釋劑可以改善刻蝕的均勻性。

然后再通入Ar 50sccm、He 50sccm，壓力控制在20mTorr，射頻輸出50W，反應(yīng)時(shí)間20 s。用Ar⁺濺射刻蝕去除之前反應(yīng)生成在襯底表面的碳和聚合物。

2.軟刻蝕結(jié)束之后，腔體內(nèi)維持真空狀態(tài)，對襯底表面進(jìn)行高溫退火。鹵鎢燈管模塊1將晶圓緩慢加熱至1200^oC，保持恒溫5min，然后再緩慢降至室溫完成退火。

由上述可知，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的外延工藝表面處理的技術(shù)，具有襯底表面損傷小、污染物清理徹底、表面粗糙度降低、晶體缺陷和應(yīng)力有效消除的優(yōu)點(diǎn)，可以極大地改善外延層生長的質(zhì)量，從而提高SiC IGBT器件產(chǎn)品的良率和整體性能。