碳化硅SiC晶體生長較常見，較成熟的方法仍然是物理氣相輸運(yùn)法（PVT）,，該方法是一種氣相生長方法,，生長溫度高，對原材料以及工藝參數(shù)等都有很高的要求,。近年來,，國內(nèi)外對PVT工藝的開發(fā)投入了大量的時(shí)間和精力，SiC晶體的質(zhì)量和尺寸等方面有了很大的突破和提高,，但是晶體中仍然存在組織缺陷和微觀應(yīng)力,。組織缺陷的存在會惡化SiC基器件的性能，從而影響器件的應(yīng)用,，而應(yīng)力的存在則會使得SiC晶體在加工階段容易碎裂,，從而降低SiC晶片的成品率。因此,，降低SiC晶體中存在的組織缺陷和微觀應(yīng)力就顯得尤為重要,，而高溫退火處理能夠有效的降低微觀應(yīng)力和消除組織缺陷。

    退火處理是指將材料在特定氣氛中加熱到一定的溫度,，保溫一段時(shí)間之后,，再以合適的速率冷卻的一種方法，是材料領(lǐng)域很常見的一種熱處理工藝,。退火處理在人工晶體的后處理工序中有重要的作用,，例如單晶Si、藍(lán)寶石等晶體在生長完成之后都要進(jìn)行相應(yīng)的退火處理,，以消除晶體中的應(yīng)力和缺陷,，提高晶體的結(jié)晶質(zhì)量。

 組織缺陷

    采用PVT法制備的SiC晶體中通常會產(chǎn)生位錯(cuò),、微管道,、堆垛層錯(cuò),、多型夾雜以及包裹體等缺陷組織。

    位錯(cuò)是一種由應(yīng)變引起的線缺陷,，位錯(cuò)的產(chǎn)生會嚴(yán)重影響力學(xué)性能和電學(xué)性能,；微管道的存在會對SiC基器件產(chǎn)生致命性的影響,，高壓器件即使只有一個(gè)微管道也會導(dǎo)致器件的破壞,，微管道的形成機(jī)理目前尚未形成共識，仍在研究中,。如下圖所示為Si面的位錯(cuò)腐蝕坑,，其中大的六方形腐蝕坑為微管；中等尺寸的六方形腐蝕坑為螺位錯(cuò),，呈現(xiàn)六角形,，小的六方形腐蝕坑為刃位錯(cuò)，橢圓形腐蝕坑的為面位錯(cuò),。

圖1 Si面的位錯(cuò)腐蝕坑

    SiC晶體中某個(gè)區(qū)域堆垛次序偏離了原本的堆垛次序,，就會產(chǎn)生錯(cuò)排，從而形成堆垛層錯(cuò),。多型夾雜的產(chǎn)生是由于不同的SiC晶型的生長溫度區(qū)間有重疊,，而多型之間有具有良好的結(jié)晶學(xué)相容性和相近的自由能，這種缺陷的存在會破壞SiC晶體的結(jié)構(gòu)完整性,。SiC晶體在生長過程中吸附一些較大的雜質(zhì)粒子就會形成鑲嵌結(jié)構(gòu)和包裹體缺陷,。 

 微觀應(yīng)力

      SiC晶體中會產(chǎn)生微觀應(yīng)力，一方面是由于SiC晶體中產(chǎn)生的各種缺陷,，例如上述缺陷組織和周圍正常格點(diǎn)之間產(chǎn)生的畸變,，會在周圍產(chǎn)生應(yīng)力場。另一方面,，SiC晶體的非均勻生長也會產(chǎn)生應(yīng)力,，例如SiC晶體生長的坩堝內(nèi)存在的軸向和徑向的溫度梯度，他的存在導(dǎo)致SiC晶體表面生長速率不一致,，從而使得生長出的SiC晶錠表面呈現(xiàn)凹凸不平的形態(tài),。應(yīng)力的存在會在后期加工過程中（滾圓、表面磨削,、多線切割等）很容易造成開裂,，較好的降低SiC晶片的成品率。

碳化硅晶體的高溫退火處理工藝

    在PVT法生長SiC單晶的過程中,，不可避免的會產(chǎn)生很多缺陷和應(yīng)力,，為了提高SiC晶體的結(jié)晶質(zhì)量，減少組織缺陷和熱應(yīng)力,，必須對SiC晶體進(jìn)行高溫退火處理,。該過程基本可以分為“升溫——保溫——降溫”三個(gè)過程,，這三個(gè)過程可以重循環(huán)多次。由于SiC晶體的耐高溫能力強(qiáng),，為了大限度的降低熱應(yīng)力,，晶片的退火溫度比較高，一般在1800℃左右,。

圖2 SiC晶片退火工藝流程 

    皓越電爐自主研發(fā)的高溫真空臥式退火爐有高溫反應(yīng)系統(tǒng),，加熱系統(tǒng)，真空系統(tǒng),，控制系統(tǒng)構(gòu)成,。加熱系統(tǒng)采用石墨加熱，額定功率可達(dá)60KW,，設(shè)計(jì)工作溫度為2300℃,，可以保持升溫過程中腔體內(nèi)工作區(qū)域較大范圍內(nèi)溫度場均勻恒定。系統(tǒng)的溫度測量分為兩種,，在低于1600℃時(shí)采用β型熱電偶,，高于1600℃時(shí)采用紅外測溫儀，溫度精度可以控制在±1℃,，該退火爐可以使用不同的退火氣氛,，并可以調(diào)節(jié)壓力值，通過機(jī)械泵和分子泵聯(lián)合抽真空,，使退火爐內(nèi)達(dá)到較高的真空度,。 

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