一种用于SiCIGBT外延工艺表面处理的腔体的制作方法

本实用新型涉及一种用于SiC IGBT外延工艺表面处理的腔体,属于半导体芯片生产设备的技术领域。

背景技术：

随着半导体技术的发展，SiC材料以其特有的大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高热导率等特性，被越来越多的应用于IGBT器件的生产制造。在SiC IGBT器件的外延生长过程中，SiC衬底的表面状况直接影响到外延层生长的质量，从而影响到IGBT器件的整体性能。在外延生长前对衬底表面利用等离子刻蚀和高温退火的方法进行处理，可以获得清洁、平整、抗氧化能力强的衬底表面，并且可以改善衬底的晶体缺陷，消除晶体内的应力。在此种衬底表面上可以生长出高质量的外延层，对IGBT器件产品的良率和整体性能起到了改善和提高。

技术实现要素：

本实用新型涉及一种用于SiC IGBT外延工艺表面处理的腔体，具体结构为：包括等离子刻蚀腔体，所述等离子刻蚀腔体的上方设置用于高温加热的卤钨灯管模块，所述等离子刻蚀腔体内下电极的下方的设置红外温度探头。

上述的用于SiC IGBT外延工艺表面处理的腔体，其中: 所述卤钨灯管模块含有数个呈矩阵排列的卤钨灯管。

上述的用于SiC IGBT外延工艺表面处理的腔体，其中:所述红外温度探头数量为9个，所述红外温度探头沿等离子刻蚀腔体内的晶圆中心至边缘方向以辐射状均匀分布。

上述的用于SiC IGBT外延工艺表面处理的腔体，其中:所述等离子刻蚀腔体的一侧设置可控磁场、制程气体通道、质量流量控制器，另一侧设置可控磁场；所述等离子刻蚀腔体之中设有下电极，所述下电极上设置顶针，所述顶针上放置晶圆；所述等离子刻蚀腔体的下方设置接地、射频发生器、气体通道。

上述的用于SiC IGBT外延工艺表面处理的腔体，其中:所述气体通道上依次设置气压计、阀门阀、节流阀、分子泵、隔离阀、干式泵。

SiC IGBT器件外延生长前的表面处理和外延生长是在该腔体内维持真空状态连续进行，IGBT器件外延生长前，在该腔体内对衬底表面进行等离子刻蚀和高温退火处理，该腔体内对衬底表面进行等离子刻蚀处理，先通入制程气体CHF₃ 50sccm、Ar 20sccm、He 20sccm，腔体内的压力控制在30mTorr，射频输出60W，反应的时间为30s；再通入Ar 50sccm、He 50sccm，腔体内的压力控制在20mTorr，射频输出50W，反应时间20 s。等离子刻蚀表面处理结束之后，腔体内维持真空状态，卤钨灯管模块将晶圆缓慢加热至1200^oC，保持恒温5min，然后再缓慢降至室温完成退火。

本实用新型设计的用于SiC IGBT外延工艺表面处理的腔体，是在传统的等离子刻蚀腔体上方引入了可高温加热的卤钨灯管模块，在腔体的下电极下方引入了红外温度探头。在SiC IGBT器件外延制作过程中，可以在该腔体内先对衬底表面进行等离子刻蚀和高温退火处理，然后腔体维持真空状态进行外延生长。

在SiC IGBT器件的制作过程中，其衬底表面会存在各种污染物，如氧化物、颗粒粉尘、有机物、金属杂质和离子等，表面粗糙度较高，晶体存在一定程度的缺陷和应力。在这种状况下生长的外延层质量差，会造成IGBT器件电阻值变高、电子迁移率降低、开关损耗变大、开关速度变慢等问题，严重影响到IGBT器件的性能。在SiC IGBT器件外延生长之前采用本实用新型设计的表面处理技术，会很大程度地改善衬底的表面状况和外延层的生长质量，从而提高IGBT器件产品的良率和整体性能。

目前的SiC IGBT外延制作工艺，衬底的表面处理和外延生长通常是在不同的设备和腔体内进行，可能会对衬底表面造成二次污染，而且也会影响设备的产量。本实用新型设计的技术方案，使外延生长前的表面处理和外延生长可以在同一个腔体内维持真空状态连续进行，解决了上述问题。

附图说明

图1本实用新型设计的外延工艺表面处理的腔体示意图：

图中1-卤钨灯管模块，2-质量流量控制器，3-石英窗，4-可控磁场，5-下电极，6-顶针，7-接地，8-红外温度探头，9-射频发生器，10-气压计，11-闸门阀，12-节流阀，13-分子泵，14-隔离阀，15-干式泵。

图2卤钨灯管模块示意图：

图中16-卤钨灯管，17-灯罩，18-腔体盖板。

图3红外温度探头分布图：

图中5-下电极，8-红外温度探头。

具体实施方式

如图1所示，在传统的等离子刻蚀腔体上方引入可高温加热的卤钨灯管模块1，在腔体的下电极5下方引入了红外温度探头7。腔体上方的卤钨灯管模块1内含有众多呈矩阵排列的卤钨灯管，如图2所示。卤钨灯管发光照射在晶圆表面可以将晶圆加热至超过1000^oC的温度。下电极5下方设有9个红外温度探头8沿晶圆中心至边缘方向以辐射状均匀分布，如图3所示。红外温度探头8通过光纤将晶圆的热辐射信号传至温控系统转换成电信号进行分析控温。

在SiC IGBT器件外延生长之前，将晶圆传送至本实用新型设计的腔体内先对衬底表面进行处理，然后腔体内维持真空状态进行外延生长。表面处理的步骤和工艺如下：

1．用等离子刻蚀的方法对衬底表面进行软刻蚀，来清除衬底表面的氧化物等污染物。

先通入制程气体：CHF₃ 50sccm、Ar 20sccm、He 20sccm，腔体内的压力控制在30mTorr。待腔体内气流和压力稳定后，由射频发生器9提供一个功率为60W的射频来激发等离子体在晶圆表面反应，反应的时间设为30s。在射频的作用下，处于高真空的反应腔体内的制程气体分解电离：CHF₃ + Ar + He + 3e→CF₃⁺ + CF3 + HF + F + Ar⁺ + He⁺。CF₃是刻蚀SiO₂的主要活性基，与SiO₂发生化学反应：4CF₃ + 3SiO₂→3SiF₄↑+ 2CO₂↑+ 2CO↑。在反应过程中，Ar⁺、CF₃⁺、He⁺ 同时起到物理溅射刻蚀的作用。CHF₃可以提高对衬底SiC刻蚀的选择比，He作为稀释剂可以改善刻蚀的均匀性。

然后再通入Ar 50sccm、He 50sccm，压力控制在20mTorr，射频输出50W，反应时间20 s。用Ar⁺溅射刻蚀去除之前反应生成在衬底表面的碳和聚合物。

2.软刻蚀结束之后，腔体内维持真空状态，对衬底表面进行高温退火。卤钨灯管模块1将晶圆缓慢加热至1200^oC，保持恒温5min，然后再缓慢降至室温完成退火。

由上述可知，本实用新型设计的外延工艺表面处理的技术，具有衬底表面损伤小、污染物清理彻底、表面粗糙度降低、晶体缺陷和应力有效消除的优点，可以极大地改善外延层生长的质量，从而提高SiC IGBT器件产品的良率和整体性能。