一种消除碳化硅晶片应力的退火方法与流程

本发明涉及晶片加工制作，具体地，涉及一种消除碳化硅晶片应力的退火方法。

背景技术：

1、碳化硅半导体材料是继第一代半导体材料和第二代半导体材料砷化镓后发展起来的第三代半导体材料，因其具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、低介电常数、高载流子饱和浓度等特点，可应用在航空、航天探测，核能探测及开发，卫星、汽车发动机等高温及抗辐射领域。

2、碳化硅长晶过程中，碳化硅粉由粉状气化结晶成为晶体时，因结晶方向与结晶速度不规律，导致晶体各方向的应力均不同。晶体应力过大又会导致加工成晶片的晶片应力过大导致破裂片。

3、在碳化硅衬底的加工过程中，每道工序在加工过程中会释放应力，但是这种应力释放是无序释放，同时未释放的加工应力会在晶片表面集聚，继而影响碳化硅晶片的翘曲程度，翘曲严重会在下道加工过程中产生破片，影响整个加工工序的晶片质量。

4、因此需要寻求一种退火处理方法以降低碳化硅晶片的表面应力，进而提高碳化硅晶片质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种消除碳化硅晶片应力的退火方法，该方法可以使得碳化硅晶片在退火过程中应力充分释放，进而提高碳化硅晶片质量。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种消除碳化硅晶片应力的退火方法，该退火方法包括：

3、s1、将碳化硅晶片置于退火炉内，对所述退火炉抽真空；

4、s2、将所述碳化硅晶片进行退火处理，得到退火碳化硅晶片，所述退火处理包括梯度升温处理和梯度降温处理；所述梯度升温的温度为20-1400℃，所述梯度降温的温度为1400-20℃；

5、s3、将所述退火碳化硅晶片进行清洗处理，得到碳化硅晶片。

6、可选地，所述梯度升温处理和梯度降温处理包括：对所述碳化硅晶片从20-30℃进行第一升温至300-350℃，并第一保温2-3h；进行第二升温至900-950℃，并第二保温30-40min；进行第三升温至1350-1400℃，并第三保温12-13h，得到梯度升温处理的碳化硅晶片；对所述梯度升温处理的碳化硅晶片进行第一降温至1050-1000℃；进行第二降温至900-950℃，然后自然冷却至20-30℃。

7、可选地，所述第一升温时间为1.2-1.5h，第一升温速率为3-4℃/min；所述第二升温时间为1.8-2.2h，第二升温速率为4-5℃/min；所述第三升温时间为1.5-1.8h，第三升温速率为4-5℃/min。

8、可选地，所述第一降温时间为3-6h，第一降温速率为1-2℃/min；所述第二降温时间为25-30min，第二降温速率为3-4℃/min；所述自然冷却的降温速率为3-4℃/min。

9、可选地，在将碳化硅晶片置于退火炉前，还包括对碳化硅晶片进行清洗的步骤；所述清洗包括：采用浓盐酸和浓硝酸的混合液对碳化硅晶片进行酸洗，然后采用水洗。

10、可选地，所述酸洗时间为20-30s，所述水洗时间为30-40s。

11、可选地，所述退火炉的真空度为-750～-800mbar。

12、可选地，对所述退火炉抽真空后，可选地通入保护气体；所述保护气体选自氮气或氩气，通入保护气体后，使所述退火炉内压力保持在0.074-0.084个标准大气压力。

13、可选地，所述清洗处理为依次对所述退火碳化硅晶片进行纯水预清洗、酸液浸泡、纯水超声清洗；所述酸液为稀硝酸溶液、稀硫酸溶液和磷酸溶液中的一种或几种；浸泡时间为2-4min。

14、可选地，所述碳化硅晶片的warp值＜100μm，bow值＜80μm。

15、通过上述技术方案，本发明把碳化硅晶片放置在坩埚内，然后通过梯度升温、保温、梯度降温的方式进行退火处理，可以使得碳化硅晶片在退火过程中产生的应力释放均匀、充分，减少碳化硅晶片的翘曲程度，避免后续加工过程中出现碎片现象，进而提高碳化硅晶片质量，增加碳化硅晶片的良品率。

16、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种消除碳化硅晶片应力的退火方法，其特征在于，该退火方法包括：

2.根据权利要求1所述的退火方法，其中，所述梯度升温处理和梯度降温处理包括：

3.根据权利要求2所述的退火方法，其中，所述第一升温时间为1.2-1.5h，第一升温速率为3-4℃/min；

4.根据权利要求2所述的退火方法，其中，所述第一降温时间为3-6h，第一降温速率为1-2℃/min；

5.根据权利要求1所述的退火方法，其中，在将碳化硅晶片置于退火炉前，还包括对碳化硅晶片进行清洗的步骤；所述清洗包括：采用浓盐酸和浓硝酸的混合液对碳化硅晶片进行酸洗，然后采用水洗。

6.根据权利要求5所述的退火方法，其中，所述酸洗时间为20-30s，所述水洗时间为30-40s。

7.根据权利要求1所述的退火方法，其中，所述退火炉的真空度为-750～-800mbar。

8.根据权利要求1所述的退火方法，其中，对所述退火炉抽真空后，可选地通入保护气体；所述保护气体选自氮气或氩气，通入保护气体后，使所述退火炉内压力保持在0.074-0.084个标准大气压力。

9.根据权利要求1所述的退火方法，其中，所述清洗处理为依次对所述退火碳化硅晶片进行纯水预清洗、酸液浸泡、纯水超声清洗；所述浸泡时间为2-4min；

10.根据权利要求1所述的退火方法，其中，所述碳化硅晶片的warp值＜100μm，bow值＜80μm。

技术总结本发明涉及一种消除碳化硅晶片应力的退火方法，该退火方法包括：S1、将碳化硅晶片置于退火炉内，对所述退火炉抽真空；S2、将所述碳化硅晶片进行退火处理，得到退火碳化硅晶片；所述退火处理包括梯度升温处理和梯度降温处理；所述梯度升温的温度为20‑1400℃，所述梯度降温的温度为1400‑20℃；S3、将所述退火碳化硅晶片进行清洗处理，得到碳化硅晶片。本发明通过梯度升温、保温、梯度降温的方式进行退火处理，可以使得碳化硅晶片在退火过程中产生的应力释放均匀、充分，进而提高碳化硅晶片质量，增加碳化硅晶片的良品率。技术研发人员：陶欣,翟虎,林宏达,孙金梅受保护的技术使用者：浙江兆晶新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27