[发明专利]一种新型碳化硅衬底的前处理设备及制造方法

说明书

本发明提供了一种新型碳化硅衬底的前处理设备及制造方法，包括进气管路、反应腔、隔热层、支撑部件、射频加热部件、真空抽气部件、尾气处理管路、加热基板和衬底托盘；进气管路和尾气处理管路分别位于隔热层两个侧边，射频加热部件位于反应腔底部，支撑部件位于加热基板并固定加热基板于隔热层内侧底部，加热基板上设置有凹槽，衬底托盘位于凹槽处，真空抽气部件位于隔热层外侧；衬底托盘包括基材、结构层和防护层；结构层位于基材上并具有标准形貌或图案支撑结构；防护层位于结构层上。其中本发明的有益效果是：降低衬底缺陷，改进衬底外延生长前处理，在不影响衬底处理效果的同时进行大批量、多批次处理，同时减少外延准备时间，缩短工艺流程。

技术领域

本发明涉及半导体制造设备，特别涉及一种新型碳化硅衬底的前处理设备及制造方法。

背景技术

第三代半导体材料碳化硅(SiC)外延生长工艺由单晶、外延、器件、模块、应用五部分构成，其中外延作为连接单晶和器件之间的桥梁其地位弥足轻重。但由于4H型碳化硅的密排六方的晶体结构、特殊的单晶及衬底制备工艺，会在衬底中留下大量不利于后续外延生长的缺陷。因此，在外延生长前需要对衬底进行处理，以降低衬底中的缺陷数量。这样的过程称为“硅衬底的前处理”

降低SiC单晶衬底中缺陷的工艺方法主要应用于前处理阶段和外延阶段。一般的衬底前处理包括化学机械研磨、碳保护层的沉积以及在保护气氛下高温退火的过程；而外延准备阶段包括原位/非原位刻蚀、高掺杂缓冲层设计、外延Si/C比设计以及生长中断。当前碳化硅衬底缺陷转化工艺通常位于外延阶段，该阶段通过氢气原位刻蚀以及高氮缓冲层的生长阻止衬底缺陷向外延层延伸。但上述工艺步骤不仅延长整个碳化硅外延工艺流程，并且对于单晶片外延设备而言，长时间多批次的高氮缓冲层生长处理对设备的使用寿命、外延阶段背景掺杂浓度以及实际生产效率均有较大影响，因此需要将当前工艺流程中对衬底的处理环节以及实际的外延环节分开处理，在不影响衬底处理效果的同时进行大批量、多批次处理。

在上述前处理阶段需要在高温的环境下对单晶衬底进行退火处理，因此在上述的前处理过程中通常选择石墨材料作为容器的基材。然而在实际退火环节中高温会导致石墨容器内表面与衬底粘连，进而可能引发衬底划伤、断裂等恶性事件。因此根据相关专利(CN102449185.B)显示，采用钽制容器以及对应的渗碳工艺可有效减少衬底与容器之间的粘连现象。但也由此出现了钽层与基材接触不紧密易脱落以及钽层厚度过厚或过薄所引发的等一系列问题，同时钽系材料的价格不低，需要同时平衡成本与防护效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种新型碳化硅衬底的前处理设备及制造方法，本发明的技术方案是这样实施的：

一种新型碳化硅衬底的前处理设备，包括进气管路、隔热层、支撑部件、射频加热部件、真空抽气部件、尾气处理管路、加热基板和衬底托盘；

所述进气管路和所述尾气处理管路分别位于所述隔热层两个侧边，所述隔热层位于所述反应腔内侧壁，所述射频加热部件位于所述反应腔底部，所述支撑部件位于所述加热基板并固定所述加热基板于所述隔热层内侧底部，所述加热基板上设置有凹槽，所述衬底托盘位于所述凹槽处，所述真空抽气部件位于所述隔热层外侧；

所述衬底托盘包括基材、结构层和防护层；

所述结构层位于所述基材上并具有标准形貌或图案支撑结构；所述防护层位于所述结构层上。

优选地，所述标准形貌或图案支撑结构数量为3，高度为1-5mm，宽度为5-10cm。

优选地，所述标准形貌或图案支撑结构的最内环形成衬底放置凹槽，所述衬底放置凹槽的高度为2-10mm，直径为20.5-21cm。

优选地，所述衬底托盘的高度为10-15mm，直径为21-25cm。

优选地，所述衬底托盘还包括托盘边沿，所述托盘边沿宽度为0-1cm。