[發(fā)明專利]一種碳化硅刻蝕工藝腔體裝置及使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011446420.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN112614769B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖海濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫邑文電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01J37/32
• 分類號(hào): H01J37/32;H01L21/3065;H01L21/67;H01L21/683
• 代理公司: 重慶市諾興專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50239
• 代理人: 熊軍

本發(fā)明涉及碳化硅晶片刻蝕技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅刻蝕工藝腔體裝置及使用方法，包括晶片定位環(huán)、邊緣環(huán)、聚集環(huán)、靜電盤及絕緣環(huán)，絕緣環(huán)的內(nèi)部設(shè)置有下電極，下電極與外部的第一射頻電源電性連接，絕緣環(huán)的頂端固定連接有下水盤，下水盤的上表面開設(shè)有環(huán)形槽，環(huán)形槽的內(nèi)部設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)熱片，靜電盤呈三層階梯圓柱形，上層及中間階梯圓柱的外壁共同套設(shè)有邊緣環(huán)，邊緣環(huán)的上表面固定有晶片定位環(huán)，下層階梯圓柱的外壁套設(shè)有聚集環(huán)；本發(fā)明中碳化硅晶片能平整的貼附在靜電盤上表面，最大程度降低了碳化硅晶片在工藝過程中所受機(jī)械外力影響，也進(jìn)一步保證了整體良率；氣體噴淋頭也能往復(fù)循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，能有效防止刻蝕圖形拐角處微溝槽的形成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅晶片刻蝕技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅刻蝕工藝腔體裝置及使用方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)功率半導(dǎo)體器件的性能提出了越來越高的要求。目前使用的功率器件主要由硅等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料制成，由于受材料性能的限制，器件的電學(xué)性能已經(jīng)難以持續(xù)的大幅提高；而且用這些材料制成的器件不能在高溫強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作，特別是在新能源、汽車電子、航空航天等領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的硅功率器件已經(jīng)逐漸難以勝任。在眾多新型半導(dǎo)體材料中，碳化硅(SiC)材料以其良好的物理和電學(xué)性能成為制造新一代半導(dǎo)體功率器件和電路的首選材料。尤其是高溫、高壓和高頻電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，SiC功率器件更具有硅功率器件難以比擬的優(yōu)勢(shì)和潛力。

刻蝕技術(shù)是SiC器件研制中的一項(xiàng)關(guān)鍵支撐技術(shù)，刻蝕工藝的刻蝕精度、刻蝕損傷以及刻蝕表面的殘留物均對(duì)SiC器件的性能有重要影響。由于SiC材料硬度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，濕法刻蝕無法達(dá)到要求，因此目前對(duì)SiC的刻蝕常采用等離子體干法刻蝕工藝，刻蝕的基本過程為：在SiC晶片上形成具有圖形的SiO2掩膜，并將該SiC晶片置于刻蝕設(shè)備的腔室內(nèi)；將六氟化硫氣體和氧氣作為刻蝕氣體通入腔室內(nèi)，并向刻蝕設(shè)備的上下射頻電極分別施加電壓，產(chǎn)生電弧放電，使部分刻蝕氣體電離生成離子、電子和自由基，這種由部分離化的氣體組成的氣相物質(zhì)稱為等離子體；等離子體會(huì)在電場(chǎng)的作用下高速運(yùn)動(dòng)到SiC晶片表面，通過化學(xué)反應(yīng)和物理轟擊雙重作用刻蝕暴露的SiC晶片，在SiC晶片上形成圖形。

如專利號(hào)為201120510365.0的實(shí)用新型公開了一種低刻蝕率等離子體刻蝕室，將作為上電極的氣體噴淋頭材料設(shè)置為石英，由于石英材料的介電常數(shù)較小，因而晶片表面的射頻耦合較差，從而降低了刻蝕速率；當(dāng)刻蝕氣體中包含碳氟化合物時(shí)，由于石英噴淋頭會(huì)消耗一部分活性組分，因此刻蝕速率也會(huì)降低。通過采用石英材料制作氣體噴淋頭，可以控制較高的碳氟化物流量和較高的射頻功率完成低速率的刻蝕，便于精確控制，從而改善刻蝕工藝的可靠性和穩(wěn)定性。但是該實(shí)用新型依舊存在一些不足之處：采用機(jī)械壓著方式會(huì)降低晶片邊緣利用率，受力不均勻、會(huì)導(dǎo)致晶片翹曲且有導(dǎo)致暗傷風(fēng)險(xiǎn)；刻蝕得到的圖形拐角處與側(cè)壁的交界處容易形成微溝槽，這種現(xiàn)象尤其在圖形關(guān)鍵尺寸較小時(shí)更加嚴(yán)重，并且刻蝕的溝槽中殘?jiān)灰着懦觯讓?dǎo)致刻蝕不均勻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)所提出的問題，設(shè)計(jì)了一種碳化硅刻蝕工藝腔體裝置及使用方法，最大程度降低了晶片在工藝過程中所受的機(jī)械外力影響，也保證了晶片整體良率。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種碳化硅刻蝕工藝腔體裝置及使用方法，包括晶片定位環(huán)、邊緣環(huán)、聚集環(huán)、靜電盤、下水盤及絕緣環(huán)，所述絕緣環(huán)的內(nèi)部設(shè)置有下電極，所述下電極與外部的第一射頻電源電性連接，所述絕緣環(huán)的頂端固定連接有所述下水盤，所述下水盤內(nèi)部中央位置固定安裝有半導(dǎo)體制冷器，所述半導(dǎo)體制冷器的四周形成一個(gè)冷卻水循環(huán)區(qū)域，所述下水盤的下表面開設(shè)有進(jìn)水口和出水口，所述下水盤的上表面開設(shè)有環(huán)形槽，所述環(huán)形槽的內(nèi)部設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)熱片，所述環(huán)形導(dǎo)熱片的頂面與所述靜電盤相固定，所述靜電盤用于靜電吸附碳化硅晶片，所述靜電盤呈三層階梯圓柱形，上層及中間階梯圓柱的外壁共同套設(shè)有對(duì)所述靜電盤邊緣起保護(hù)作用的所述邊緣環(huán)，所述邊緣環(huán)的上表面固定有用于限定碳化硅晶片準(zhǔn)確放置范圍的晶片定位環(huán)，下層階梯圓柱的外壁套設(shè)有將工藝能量集中在碳化硅晶片周圍的所述聚集環(huán)；