1、专利创制背景
在半导体器件的应用方面，随着碳化硅生产成本的降低，碳化硅由于其优良的性能而可能取代硅作芯片，打破硅芯片由于材料本身性能的瓶颈，将给电子业带来革命性的变革。
在碳化硅晶体生长过程中，为了扩大单晶尺寸、提高单晶质量和减少晶体缺陷等目的，可以使生长界面呈现微凸状。由于需要生长界面微凸，所以导致生长区域中心的生长速率要大于边缘区域，即中心区域的轴向温度梯度大于边缘区域的轴向温度梯度，结果导致了与籽晶同一平面的晶体的生长时间和生长速度不同，进而造成了晶体内部的应力产生，并且晶体越凸，晶体内部的应力就越大。
为消除碳化硅晶片内应力，减少晶体缺陷则需要对碳化硅晶片进行退火处理。现有技术的高温退火炉，由于升温温场各热点温度稍有不同及石墨坩埚各点的传导热性能不一，容易在退火过程中造成晶片受热的不均匀，使得退火对晶体性能的改善效果不能达到最佳，且目前退火炉一次退火数量偏高，整体加工退火效率低。故而，需要设计一种双热场晶片退火炉，以解决上述问题。
2、专利解决问题、成果转化和应用效果
本发明提供一种双热场退火炉，主要为了提升退火工艺的效果，产品在炉内受热更加均匀，从而降低产品的残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，并且可调整组织，消除组织缺陷，提升产品性能。
目前该退火炉主要运用于6寸碳化硅晶体和晶片的退火工艺，在我司内部和两家客户现场共有4台设备量产或批量试制中。
我司内部使用该退火设备后，经此退火工艺后产品应力可显著改善，如下图（退火前后实际应力检测数据）。
在此作用下，产品面型得到极大改善，Warp≤40μm占比100%，|Bow|≤25μm占比100%；Warp≤25μm占比94%以上，|Bow|≤10μm占比93%以上，产品性能得到提升；并且相较于传统单腔体退火炉，此退火炉拥有24个独立腔体，退火产能较传统退火炉提升24倍，极大提高了退火效率
3、主要发明人员介绍
丁学磊，中电化合物半导体有限公司衬底部研磨科工艺工程师。
4、发明者说
热应力作为第三代半导体碳化硅衬底的重要加工技术，一直是各家研究的重点。我司在摸索验证过程中，经过大量实验设计，确认并提出了应力对碳化硅产品的影响。针对应力的产生及作用。公司内部核心人员组织开展了大量的会议讨论及研究。最终确立了以退火为核心突破点优化晶圆内应力的方法。经过实际实验验证，通过改进退火炉热场，使得整体受热更加均匀，应力释放更全面。产品性能得到极大提升。同时也大大提升了退火产能，提高了退火效率。产品实际运用效果得到了认可。成功的过程总是伴随许多的失败。通过本次成功的案例，让我学习到许多新的设计思路，在小组成员的共同努力下，最终完成了内应力改善方面的重大突破。相信该项进展将对碳化硅衬底片的加工产生一定的指导意义。
来 源｜华大半导体
编 辑｜于寅虎、邓晨啸
审 核｜科技发展部
