本發(fā)明屬于碳化硅半導體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種碳化硅半導體器件的退火方法。

背景技術(shù)：

和傳統(tǒng)的Si單晶相比，SiC單晶具有禁帶寬度大、臨界擊穿場強高、飽和漂移速率大和熱導率高等優(yōu)勢，特別適合于制備大功率、高頻率的電子器件。

由于雜質(zhì)在SiC單晶中的擴散速率非常小，通過擴散的方式難以對SiC進行有效地摻雜，因此離子注入成為了對SiC進行摻雜的必然選擇；然而，對于SiC而言，在離子注入后激活雜質(zhì)所需的退火溫度一般都在1500℃以上，在如此高的溫度下，一方面，所注入的元素很可能從SiC表面逸出，導致達不到所需的注入效果；另一方面，SiC單晶的表面會發(fā)生升華現(xiàn)象，導致形貌退化以及表面粗糙度變大的問題，嚴重影響SiC器件的性能；因此，在高溫退火過程中需要對SiC表面進行保護。

當前對離子注入之后的SiC表面進行保護的主要方式是在其表面鍍保護涂層，這些保護涂層主要有AlN涂層、AlN/Al₂O₃涂層、AlN/BN涂層和碳涂層等；在這些涂層中，AlN涂層起保護作用的溫度最高只能達到1600℃，AlN/Al₂O₃涂層和AlN/BN涂層最高能達到1700℃，而碳涂層能達到2000℃以上。由于SiC材料的特殊性，很多情況下SiC離子注入后的退火溫度都需要達到1800℃以上，因此碳涂層得到了更多的親睞。

雖然理論上碳涂層能在更高的溫度下對SiC的離子注入退火起到保護作用，但前提是其自身的結(jié)構(gòu)能夠非常致密。當前制備碳涂層主要是通過光刻膠碳化的方式，即在離子注入后的SiC單晶表面旋涂一層光刻膠，然后在一定的氣氛和一定溫度下進行熱處理，使光刻膠中的有機物分解形成一層碳膜；但該方法所制備的碳膜一般致密性較差，不能滿足長時間高溫退火的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種碳化硅半導體器件的退火方法，該方法通過采用化學氣相沉積法在經(jīng)過離子注入的碳化硅晶片表面 制備一層致密的碳膜，從而對碳化硅晶片起到了退火保護的作用。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種碳化硅半導體器件的退火方法，所述碳化硅半導體器件包括具有離子注入的碳化硅晶片，所述退火方法包括步驟：A、將經(jīng)過離子注入的碳化硅晶片置于化學氣相沉積反應腔室中；B、將所述反應腔室抽真空，并充入保護氣體；C、將充入所述保護氣體后的反應腔室升溫，并充入反應氣體，進行熱解反應，所述碳化硅晶片的經(jīng)過離子注入的一側(cè)的表面上形成碳膜；D、將鍍有所述碳膜的碳化硅晶片進行退火處理。

進一步地，所述碳膜的厚度為0.2μm～5μm。

進一步地，在所述步驟C中，所述反應氣體為烴類氣體，所述反應氣體的通氣流量為0.01L/min～0.5L/min，所述反應氣體通至其在所述反應腔室中的分壓為0.5kPa～5kPa。

進一步地，所述烴類氣體選自甲烷、丙烷中的任意一種。

進一步地，所述熱解反應的溫度為900℃～1400℃，時間為1h～8h。

進一步地，所述步驟C中，升溫速率為10℃/min～50℃/min。

進一步地，所述步驟D具體包括：將具有所述碳膜的碳化硅晶片在所述反應腔室中以5℃/min～10℃/min的速度降溫至室溫；將降溫后的具有所述碳膜的碳化硅晶片轉(zhuǎn)移至高溫退火爐中，在1500℃～2100℃的溫度下退火處理1min～60min。

進一步地，在所述步驟B中，將所述反應腔體抽真空至1Pa～10Pa，所述保護氣體為氮氣或惰性氣體，所述保護氣體的通氣流量為0.1L/min～5L/min，所述保護氣體通至其在所述反應腔室中的壓強為2×10⁴Pa～9×10⁴Pa。

進一步地，所述退火方法還包括步驟：E、將經(jīng)過退火處理的鍍有所述碳膜的碳化硅晶片加熱去除所述碳膜。

進一步地，去除所述碳膜的具體方法為：將經(jīng)過退火處理的鍍有所述碳膜的碳化硅晶片轉(zhuǎn)移至馬弗爐中；將所述馬弗爐加熱至700℃～1000℃，去除所述碳膜。

本發(fā)明利用化學氣相沉積法，以烴類氣體作為反應氣體，經(jīng)其熱解，在經(jīng) 過離子注入的碳化硅晶片表面形成致密碳膜，從而保證在后續(xù)碳化硅晶片的退火過程中，不僅可抑制經(jīng)離子注入的元素不從碳化硅晶片表面逸出，而且還可保護碳化硅晶片的表面的形貌和粗糙度在長時間高溫退火時不發(fā)生惡化。

附圖說明

通過結(jié)合附圖進行的以下描述，本發(fā)明的實施例的上述和其它方面、特點和優(yōu)點將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的碳化硅半導體器件的退火方法的步驟流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有碳膜的碳化硅晶片的SEM圖。

具體實施方式

以下，將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。然而，可以以許多不同的形式來實施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應該被解釋為限制于這里闡述的具體實施例。相反，提供這些實施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實施例和適合于特定預期應用的各種修改。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的碳化硅半導體器件的退火方法的步驟流程圖。

參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的實施例的碳化硅半導體器件的退火方法包括下述步驟：

在步驟110中，將經(jīng)過離子注入的碳化硅晶片置于化學氣相沉積反應腔室中。

具體地，碳化硅晶片上具有離子注入的一面朝上，也就是說，在后續(xù)碳膜的制備過程中，碳膜形成在碳化硅晶片的具有離子注入的一面的表面上，從而可在退火處理中防止經(jīng)離子注入的元素逸出該碳化硅晶片。

在步驟120中，將反應腔室抽真空至10Pa，以除去氧氣。

具體地，采用機械泵抽真空即可，一般情況下，機械泵抽真空只能達到1Pa左右，因此，也可以說，將反應腔室抽真空至10Pa以下，或至1Pa～10Pa即可。

在步驟130中，向經(jīng)抽真空的反應腔室充入氬氣。氬氣作為一種保護氣體充入抽真空后的反應腔室，一是使得該反應腔室在后續(xù)的升溫加熱過程中得到保護，二是對后續(xù)充入該反應腔室中的反應氣體起到稀釋的作用。

本實施例中，氬氣的通氣速率為0.1L/min，通氣直至其在反應腔室中的壓強達到5×10⁴Pa為止。但本發(fā)明并不限制于此，保護氣體并不限于氬氣，例如氮氣或其他惰性氣體等均可；且保護氣體的通氣速率控制在0.1L/min～5L/min內(nèi)，直至其在反應腔室中的壓強達到2×10⁴Pa～9×10⁴Pa即可停止通氣。

在步驟140中，將充入氬氣后的反應腔室升溫至1200℃，并向其中充入甲烷，使得甲烷進行熱解反應5h，在碳化硅晶片具有離子注入一側(cè)的表面上沉積形成碳膜。

具體地，本實施例中控制反應腔室的升溫速率為50℃/min，甲烷的通氣速率為0.5L/min，通至其在反應腔室中的分壓達到5kPa，停止通氣，經(jīng)5h的熱解反應，碳化硅晶片具有離子注入一側(cè)的表面上即可通過化學氣相沉積形成一層厚度為1μm左右的致密的碳膜，如圖2所示。在圖2中，箭頭標示區(qū)域即為經(jīng)上述步驟制備得到的碳膜，而其左側(cè)即為碳化硅晶片；從圖2中可以看出，在碳化硅晶片表面形成了具有明顯一維結(jié)構(gòu)的碳膜；該形成的致密碳膜即可保證在后續(xù)碳化硅晶片的退火過程中，不僅可抑制經(jīng)離子注入的元素不從碳化硅晶片表面逸出，而且還可保護碳化硅晶片的表面的形貌和粗糙度在長時間高溫退火時不發(fā)生惡化。當然，根據(jù)本發(fā)明的退火方法并不限制于上述的熱解反應溫度、升溫速率、反應氣體種類、通氣速率及反應氣體壓強，反應腔室以10℃/min～50℃/min的升溫速率升至900℃～1400℃，并以0.01L/min～0.5L/min的通氣速率將甲烷、乙烷等烴類氣體通入其中，并達到0.5kPa～5kPa的壓強，使得作為反應氣體的上述烴類氣體在上述溫度下進行熱解反應1h～8h，碳化硅晶片具有離子注入一側(cè)的表面上即可通過化學氣相沉積形成一層致密的碳膜。一般地，通過控制碳膜制備條件，可將碳膜的厚度控制在0.2μm～5μm的范圍內(nèi)。

值得說明的是，在步驟120中，對反應腔室抽真空去除其中的氧氣，其目的一是防止步驟140通入的甲烷等烴類氣體在高溫下與氧氣反應，發(fā)生爆炸現(xiàn)象；二是防止步驟140生成的致密碳膜發(fā)生氧化，影響碳膜質(zhì)量。

在步驟150中，將鍍有碳膜的碳化硅晶片轉(zhuǎn)移至高溫退火爐中，在2100℃下退火處理30min。

當然，在將上述鍍有碳膜的碳化硅晶片轉(zhuǎn)移至高溫退火爐之前，首先以5℃/min～10℃/min的速度將反應腔體降至室溫(25℃左右)，并向其中通入空氣直至反應腔室為常壓(1個大氣壓左右)，然后將鍍有碳膜的碳化硅晶片從中取出并轉(zhuǎn)移至高溫退火爐中進行退火處理。

對經(jīng)過離子注入的碳化硅晶片進行退火處理，是為了激活經(jīng)離子注入的元素并修復離子注入導致的碳化硅晶片中晶格的損傷。

值得說明的是，經(jīng)上述步驟140在碳化硅晶片表面制備得到的致密碳膜可保證該經(jīng)過離子注入的碳化硅晶片在1500℃～2100℃的退火溫度下退火處理1min～60min后，碳化硅晶片的表面的形貌和粗糙度仍不發(fā)生惡化。與之不同的是，現(xiàn)有技術(shù)中以光刻膠經(jīng)熱分解得到的碳膜一般致密性較差，在實際退火過程中能承受的退火溫度和退火時間都有限，其退火溫度一般只能達到1800℃，當達到1900℃時碳化硅表面粗糙度就開始明顯增加；而退火時間一般也是1min～5min左右。然而，在實際的經(jīng)離子注入的碳化硅的退火處理中，根據(jù)經(jīng)離子注入的元素的不同，退火處理往往需要更高的時間和溫度，有的需要在2000℃以上維持很長時間，而根據(jù)本發(fā)明的退火方法制備得到的碳膜在2100℃下能維持60min，且還能保持碳化硅表面的形貌和粗糙度不發(fā)生惡化；因此說根據(jù)本發(fā)明的退火方法制備得到的碳膜對碳化硅退火保護效果要明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)光刻膠熱處理得到的碳膜的退火保護效果。

在步驟160中，將經(jīng)過退火的鍍有碳膜的碳化硅晶片在馬弗爐中加熱至800℃，去除碳化硅晶片表面的碳膜。

一般地，在馬弗爐中加熱去除碳膜的過程，保持在空氣氣氛中即可。

經(jīng)測試，經(jīng)過退火處理且去除了碳膜的碳化硅晶片的表面粗糙度不超過1nm。

根據(jù)本發(fā)明的碳化硅半導體器件的退火方法，首先采用化學氣相沉積法在碳化硅晶片具有離子注入的一側(cè)表面上沉積形成致密碳膜，然后進行退火處理，最后采用熱處理的方法將碳膜去除；不僅保證了碳化硅晶片在退火處理中，經(jīng)離子注入的元素不從碳化硅晶片表面逸出，且碳化硅晶片的表面的形貌和粗糙度在長時間高溫退火中不發(fā)生惡化；而且最后將形成在碳化硅晶片表面的碳膜去除，還不引入其他的雜質(zhì)。

雖然已經(jīng)參照特定實施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進行形式和細節(jié)上的各種變化。