CN114823307A - 一种半导体退火方法、退火装置及退火*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体器件制备技术领域，具体公开了一种半导体退火方法、退火装置及退火***，其中，方法包括以下步骤：获取SiC半导体片材的表面温度信息；利用低于单晶硅的熔点温度的加热温度对SiC半导体片材进行微波加热；在表面温度信息达到预设的第一温度阈值时，对SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成SiC半导体片材退火处理；该方法利用微波加热处理将SiC半导体片材加热到第一温度阈值能将SiC半导体片材退火处理所需温度下降至预期范围内，再利用电子束加热对SiC半导体片材进行精确的温控退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度、提高退火处理效率。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件制备技术领域，具体而言，涉及一种半导体退火方法、退火装置及退火***。
背景技术
现有技术中，制备半导体片材后需要对其进行退火处理，但其退火处理温度要求较高，容易导致其表面元素或保护层产生损伤，如对于利用离子注入SiC制备的SiC半导体片材而言，其快速退火温度一般在1600℃以上，Si的熔点为1400℃，SiC的熔点温度为1700℃，该SiC半导体片材的退火处理需要在1600℃~2000℃温度范围内加热一段时间，该退火处理过程虽然可以激活离子，但可能导致材料表面Si元素的挥发，对原SiC晶片造成损伤，目前主要避免方法为在该SiC半导体片材表面镀保护层。但在1600℃以上，保护层材料稳定性不足，保护性较差，也容易出现损伤。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种半导体退火方法、退火装置及退火***，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度、提高退火处理效率，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题。
第一方面，本申请提供了一种半导体退火方法，用于对SiC半导体片材进行退火处理，所述方法包括以下步骤：
获取所述SiC半导体片材的表面温度信息；
对所述SiC半导体片材进行微波加热；
在所述表面温度信息达到预设的第一温度阈值时，利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对所述SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成所述SiC半导体片材退火处理。
本申请的半导体退火方法，结合了微波加热和电子束加热两种加热手段对SiCSiC半导体片材进行退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度，使得退火处理所需温度低于单晶硅熔点温度，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题。
所述的半导体退火方法，其中，所述电子束加热的位置与所述表面温度信息的位置对应，所述利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对所述SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成所述SiC半导体片材退火处理的步骤包括：
利用电子束对所述SiC半导体片材进行局部加热；
在所述表面温度信息达到预设的第二温度阈值时，按照预设的退火路径切换所述电子束的局部加热位置，所述第二温度阈值小于所述单晶硅熔点温度。
所述的半导体退火方法，其中，所述第二温度阈值为所述第一温度阈值的1.5-3倍。
在该示例的半导体退火方法中，将第二温度阈值设计为第一温度阈值的1.5-3倍，可避免微波加热升温影响退火效果，即在保证第一温度阈值与第二温度阈值具有足够的温度差异的情况下进行退火处理，避免微波加热产生的热量与电子束加热的热量叠加时因微波加热的不稳定性造成较大的温差而影响退火处理效果。
第二方面，本申请还提供了一种半导体退火装置，用于采用第一方面提供的所述的半导体退火方法对SiC半导体片材进行退火处理，，所述半导体退火装置包括：
退火室；
承托机构，固定在所述退火室内，用于承载所述SiC半导体片材；
测温机构，设置在所述承托机构上方，用于测量所述SiC半导体片材的表面温度信息；
微波加热机构，设置在所述承托机构下方，用于对所述SiC半导体片材进行微波加热；
电子束加热机构，设置在所述承托机构上方，用于利用电子束对所述SiC半导体片材表面进行局部加热；
移动机构，用于切换所述电子束加热机构在所述SiC半导体片材表面的局部加热位置以实现移动性的电子束加热。
本申请的半导体退火装置，结合了微波加热机构和电子束加热机构以利用微波加热和电子束加热两种加热手段对SiC半导体片材进行退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度，使得退火处理所需温度低于单晶硅熔点温度，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题。
所述的半导体退火装置，其中，所述移动机构包括：
第一转动组件，安装在所述承托机构上，用于驱动所述SiC半导体片材转动；
第一线性驱动组件，与所述电子束加热机构连接，用于驱动所述电子束加热机构进行水平位移。
在该示例的半导体退火装置中，第一转动组件能根据退火处理进程驱动SiC半导体片材转动特定角度，结合第一线性驱动组件根据退火处理进程驱动电子束加热机构沿垂直于SiC半导体片材转动轴的方向移动特定行程，使得电子束能轰击在SiC半导体片材表面的各个位置上，根据上述移动机构的组成能设计走遍SiC半导体片材表面的退火路径以确保SiC半导体片材整体能顺利完成退火处理。
所述的半导体退火装置，其中，所述移动机构包括：
纵向驱动组件，与所述电子束加热机构连接，用于驱动所述电子束加热机构进行纵向水平位移；
横向驱动组件，与所述纵向驱动组件连接，用于驱动所述电子束加热机构进行横向水平位移。
所述的半导体退火装置，其中，所述移动机构包括：
第二转动组件，安装在所述承托机构上，用于驱动所述SiC半导体片材转动；
第二线性驱动组件，与所述第二转动组件连接，用于驱动所述第二转动组件进行水平位移。
所述的半导体退火装置，其中，所述测温机构的测温位置对准所述电子束加热机构的所述局部加热位置。
所述的半导体退火装置，其中，所述半导体退火装置还包括用于存放所述SiC半导体片材的装载腔以及用于转移所述SiC半导体片材的上下料机械手。
第三方面，本申请还提供了一种半导体退火***，用于对SiC半导体片材进行退火处理，所述半导体退火***包括半导体退火装置和控制器，所述半导体退火装置包括：
退火室；
承托机构，固定在所述退火室内，用于承载所述SiC半导体片材；
测温机构，设置在所述承托机构上方，用于测量所述SiC半导体片材的表面温度信息；
微波加热机构，设置在所述承托机构下方，用于对所述SiC半导体片材进行微波加热；
电子束加热机构，设置在所述承托机构上方，用于利用电子束对所述SiC半导体片材表面进行局部加热；
移动机构，用于切换所述电子束加热机构在所述SiC半导体片材表面的局部加热位置以实现移动性的电子束加热；
所述控制器与所述测温机构、所述微波加热机构、所述电子束加热机构及所述移动机构电性连接；
所述控制器用于获取所述表面温度信息；
所述控制器还用于控制所述微波加热机构对所述SiC半导体片材进行微波加热；
所述控制器还用于在所述表面温度信息达到预设的第一温度阈值时，控制所述电子束加热机构和所述移动机构配合运行以利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对所述SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成所述SiC半导体片材退火处理。
本申请的半导体退火***，结合了微波加热机构和电子束加热机构以利用微波加热和电子束加热两种加热手段对SiC半导体片材进行退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度，使得退火处理所需温度低于单晶硅熔点温度，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题。
由上可知，本申请提供的本申请提供了一种半导体退火方法、退火装置及退火***，其中，退火方法结合了微波加热和电子束加热两种加热手段对SiC半导体片材进行退火处理，利用微波加热处理将SiC半导体片材加热到第一温度阈值能将SiC半导体片材退火处理所需温度下降至单晶硅熔点温度以下，再利用加热温度低于单晶硅熔点温度的电子束加热对SiC半导体片材进行精确的温控退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度、提高退火处理效率，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题，甚至可在退火处理过程中省去SiC半导体片材表面的保护层。
附图说明
图1为本申请实施例提供的半导体退火方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的半导体退火装置隐藏退火室部分外壁后的一种优选实施方式的结构示意图。
图3为第一转动组件的俯视结构示意图。
图4为本申请实施例提供的半导体退火装置隐藏退火室部分外壁后的另一种优选实施方式的结构示意图。
图5为本申请实施例提供的半导体退火装置隐藏退火室部分外壁后的再一种优选实施方式的结构示意图。
图6为本申请实施例提供的半导体退火装置的正向剖视结构示意图。
图7为本申请实施例提供的半导体退火***的电控部件的连接结构示意图。
附图标记：1、退火室；2、承托机构；3、测温机构；4、微波加热机构；5、电子束加热机构；6、移动机构；7、装载腔；8、上下料机械手；9、控制器；61、第一转动组件；62、第一线性驱动组件；63、纵向驱动组件；64、横向驱动组件；65、第二转动组件；66、第二线性驱动组件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一方面，请参照图1，图1是本申请一些实施例中的一种半导体退火方法，用于对SiC半导体片材进行退火处理，方法包括以下步骤：
S1、获取SiC半导体片材的表面温度信息；
具体地，表面温度信息为SiC半导体片材表面局部区域或某一位置的温度数据，可以是通过红外探头等测温机构远程采集。
S2、对SiC半导体片材进行微波加热；
具体地，微波加热主要是利用偶极子在电场中发生震荡，通过摩擦产生热量进而对SiC半导体片材进行加热，属于区域性加热手段，在本申请实施例中，步骤S2应理解为对SiC半导体片材进行整体加热。
S3、在表面温度信息达到预设的第一温度阈值时，利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成SiC半导体片材退火处理。
具体地，SiC半导体片材属于电介质，对其进行微波加热时，电介质吸收微波会产生介电弛豫效应，即反应物分子落后于电磁波震荡频率，产生弛豫现象，从而会提高材料分子内部的碰撞频率，降低了反应活化能，提高反应速度，进而使反应温度降低，因此，经过步骤S2的处理能降低SiC半导体片材退火处理所需要的温度条件，在此基础上，步骤S3利用利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，能在下降温度条件的前提下逐步进行SiC半导体片材的退火处理，降低了退火处理的工艺要求，提高了退火处理效率（即减少温度上升所需的时间），解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题，电子束加热的加热温度设定为低于单晶硅熔点温度，即低于1400℃，更低于SiC的1700℃的熔点温度，故不会对Si元素及SiC产生损伤，使得SiC半导体片材在不需要进行表面镀保护层的情况下，也能顺利且充分地进行退火处理，且能有效避免SiC半导体片材表面产生损伤。
更具体地，微波加热本身无法对偶极子进行精确控制，存在加热稳定性差、均匀性差、退火保温时间长的缺点，若直接采用微波加热完成整个退火处理常常会导致SiC半导体片材整体退火处理效果不均匀，制约了产品加工质量，因此，本申请实施例的方法采用微波加热配合电子束加热的方式进行SiC半导体片材的退火处理，利用微波加热手段降低SiC半导体片材退火所需的温度条件，再利用电子束加热手段对SiC半导体片材进行移动性精确加热处理，以在降低电子束加热退火处理所需温度至单晶硅熔点温度以下的前提下准确地对SiC半导体片材进行退火处理。
更具体地，由前述内容可知，微波加热在本申请实施例中用于降低电子束加热退火处理所需的温度条件，因此，微波加热仅需将SiC半导体片材加热至预设的第一温度阈值即可，预设的第一温度阈值为根据仿真模拟或实验进行测定，其设计需求为将电子束加热退火处理所需的温度偏离降低至不会损伤SiC半导体片材表面元素或保护层的温度，一般将电子束加热退火处理所需温度调节下降500℃以上即可将电子束加热温度调节至单晶硅熔点温度以下。
本申请实施例的半导体退火方法，结合了微波加热和电子束加热两种加热手段对SiC半导体片材进行退火处理，其中，利用微波加热处理将SiC半导体片材加热到第一温度阈值能将SiC半导体片材退火处理所需温度下降至单晶硅熔点温度以下，再利用加热温度低于单晶硅熔点温度的电子束加热对SiC半导体片材进行精确的温控退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低退火处理温度、提高退火处理效率，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题，甚至可在退火处理过程中省去SiC半导体片材表面的保护层。
在一些优选的实施方式中，电子束加热的位置与表面温度信息的位置对应，利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成SiC半导体片材退火处理的步骤包括：
S31、利用电子束对SiC半导体片材进行局部加热；
具体地，该步骤一般采用电子枪等电子束加热机构生成电子束轰击SiC半导体片材表面特定位置以对SiC半导体片材进行局部加热。
S32、在表面温度信息达到预设的第二温度阈值时，按照预设的退火路径切换电子束的局部加热位置，第二温度阈值小于所述单晶硅熔点温度。
具体地，预设的第二温度阈值为SiC半导体片材通过微波加热处理后所需的电子束加热退火处理所需的温度，该第二温度阈值为根据仿真模拟或实验进行测定，一般情况下，第一温度阈值越高，第二温度阈值越小，故第二温度阈值和第一温度阈值应当相互关联来设定，即第一温度阈值需将电子束退火处理温度调节降低至1400℃以下，使得第二温度阈值能设定在1400℃以下。
更具体地，退火路径为按照加工工艺进行设定的加热退火处理路线，用于指导电子束相对于SiC半导体片材的移动路线，在本申请实施例中指电子束相对于SiC半导体片材表面的移动路线，因此，退火路径的设定应完整覆盖SiC半导体片材所需要进行退火处理的所有部位，使得电子束按照退火路径对SiC半导体片材完成加热处理后能完成整个SiC半导体片材退火处理。
更具体地，一般情况下，退火处理具有一定退火保温时间要求，因此，对应于具有退火保温时间要求的退火处理过程，步骤S32应理解为：在表面温度信息达到预设的第二温度阈值时，延时地按照预设的退火路径切换电子束的局部加热位置；该延时间隔需满足退火保温时间。
在一些优选的实施方式中，第二温度阈值为第一温度阈值的1.5-3倍。
具体地，将第二温度阈值设计为第一温度阈值的1.5-3倍，可避免微波加热升温影响退火效果，即在保证第一温度阈值与第二温度阈值具有足够的温度差异的情况下进行退火处理，避免微波加热产生的热量与电子束加热的热量叠加时因微波加热的不稳定性造成较大的温差而影响退火处理效果。
在一些优选的实施方式中，第一温度阈值为400-600℃，第二温度阈值为900-1200℃；第一温度阈值和第二温度阈值的具体设置值视乎处理效率和设备参数进行设定，需满足第一温度阈值为400-600℃、第二温度阈值为900-1200℃以及第二温度阈值为第一温度阈值的1.5-3倍的条件。
在本申请实施例中，第一温度阈值优选为500℃，第二温度阈值优选为1200℃；利用500℃的第一温度阈值对SiC半导体片材进行微波处理后，实际上SiC半导体片材的电子束加热退火处理温度能下降至1100℃附近，但为了提高退火处理效率和效果，第二温度阈值仍设定为高于1100℃的1200℃，以确保SiC半导体片材能高效、高质地完成退火处理。
第二方面，请参照图2-图6，图2-图6是本申请一些实施例中提供的一种半导体退火装置，用于采用第一方面提供的半导体退火方法对SiC半导体片材进行退火处理，半导体退火装置包括：
退火室1；
承托机构2，固定在退火室1内，用于承载SiC半导体片材；
测温机构3，设置在承托机构2上方，用于测量SiC半导体片材的表面温度信息；
微波加热机构4，设置在承托机构2下方，用于对SiC半导体片材进行微波加热；
电子束加热机构5，设置在承托机构2上方，用于利用电子束对SiC半导体片材表面进行局部加热；
移动机构6，用于切换电子束加热机构5在SiC半导体片材表面的局部加热位置以实现移动性的电子束加热。
具体地，该半导体退火装置为用于实施第一方面提供的半导体退火方法的硬件设备。
本申请实施例的半导体退火装置，结合了微波加热机构4和电子束加热机构5以利用微波加热和电子束加热两种加热手段对SiC半导体片材进行退火处理，其中，利用微波加热处理将SiC半导体片材加热到第一温度阈值能将SiC半导体片材退火处理所需温度下降至单晶硅熔点温度以下，再利用加热温度低于单晶硅熔点温度的电子束加热对SiC半导体片材进行精确的温控退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度、提高退火处理效率，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题。
SiC半导体片材一般包含衬底和在衬底之上的晶面，退火处理的对象主要为晶面，因此，在本申请实施例中，半导体材料为晶面朝上地设置在承托机构2上，微波加热机构4用于对SiC半导体片材底面进行微波加热，使得微波加热处理过程中，SiC半导体片材热量为自下而上传递，而电子束加热机构5设置在承托机构2上方，能直接对SiC半导体片材晶面进行加热处理，实现温控精确的加热退火处理。
在一些优选的实施方式中，承托机构2为用于承载SiC半导体片材的工作台，其底部具有便于微波加热机构4对SiC半导体片材进行微波加热的开口。
在一些优选的实施方式中，移动机构6用于驱动电子束加热机构5移动和/或驱动承托机构2上的SiC半导体片材移动，以切换电子束加热机构5在SiC半导体片材表面的局部加热位置以实现移动性的电子束加热。
如图2和图3所示，在一些优选的实施方式中，移动机构6包括：
第一转动组件61，安装在承托机构2上，用于驱动SiC半导体片材转动；
第一线性驱动组件62，与电子束加热机构5连接，用于驱动电子束加热机构5进行水平位移。
在该实施方式中，第一转动组件61能根据退火处理进程驱动SiC半导体片材转动特定角度，结合第一线性驱动组件62根据退火处理进程驱动电子束加热机构5沿垂直于SiC半导体片材转动轴的方向移动特定行程，使得电子束能轰击在SiC半导体片材表面的各个位置上，根据上述移动机构6的组成能设计走遍SiC半导体片材表面的退火路径以确保SiC半导体片材整体能顺利完成退火处理。
更具体地，在该实施方式中，退火路径可以为螺旋状路线，还可以为由多个通过径向线连接的共心圆组成的路线，还可以为多个以SiC半导体片材转动轴径向散射的直线组成的路线；在本申请实施例中退火路径优选为由多个通过径向线连接的共心圆组成的路线，使电子束加热机构5能配合第一转动组件61同时运行以对SiC半导体片材进行加热退火处理，即该实施方式中，以一个圆环区域作为局部加热位置进行加热。
优选地，第一转动组件61可以为一般的转动驱动器件，如转动电机、转动气缸等，在本申请实施例中，如图3所示，第一转动组件61优选为包括：
驱动齿轮和从动齿环，驱动齿轮与从动齿环外侧啮合，驱动齿轮由驱动电机（图示未画出）驱动转动，进而能带动从动齿环旋转，从动齿环设置在承托机构2上，用于配合承托机构2来承托并带动SiC半导体片材旋转。
更优选地，从动齿环表面设有卡块，SiC半导体片材具有与卡块配合的卡口，故能根据从动齿环进行转动。
优选地，第一线性驱动组件62为电控线性驱动机构，如气缸、油缸、滚珠丝杆、电动直线滑轨等，在本申请实施例中，优选为电动直线滑轨，能精确控制电子束加热机构5的移动位置，确保局部加热位置调节准确。
更具体地，该实施方式中，在执行步骤S2时，第一转动组件61驱动SiC半导体片材持续转动，能使微波加热效果更均匀，使得后续退火处理效果更好。
如图4所示，在另一些优选的实施方式中，移动机构6包括：
纵向驱动组件63，与电子束加热机构5连接，用于驱动电子束加热机构5进行纵向水平位移；
横向驱动组件64，与纵向驱动组件63连接，用于驱动电子束加热机构5进行横向水平位移。
在该实施方式中，纵向驱动组件63和横向驱动组件64配合运动能改变电子束加热机构5的水平位置，即使得电子束加热机构5能在一个水平面中任意移动，根据上述移动机构6的组成能设计走遍SiC半导体片材表面的退火路径以确保SiC半导体片材整体能顺利完成退火处理。
更具体地，在该实施方式中，退火路径可以为螺旋状路线，还可以为由多个通过径向线连接的共心圆组成的路线，还可以为多个以SiC半导体片材转动轴径向散射的直线组成的路线，还可以是蛇形路线；在本申请实施例中退火路径优选为蛇形路线，能在简化纵向驱动组件63及横向驱动组件64的控制逻辑下，使SiC半导体片材进行全面、有序的退火处理。
优选地，纵向驱动组件63和横向驱动组件64均为电控线性驱动机构，如气缸、油缸、滚珠丝杆、电动直线滑轨等，在本申请实施例中，优选为电动直线滑轨，能精确控制电子束加热机构5的移动位置，确保局部加热位置调节准确。
如图5所示，在另一些优选的实施方式中，移动机构6包括：
第二转动组件65，安装在承托机构2上，用于驱动SiC半导体片材转动；
第二线性驱动组件66，与第二转动组件65连接，用于驱动第二转动组件65进行水平位移。
在该实施例方式中，第二转动组件65优选为与第一转动组件61组成一致，并安装在第二线性驱动组件66的活动端上，电子束加热机构5位置固定，该实施方式通过第二转动组件65和第二线性驱动组件66配合运动改变SiC半导体片材相对于电子束加热机构5的位置以实现局部加热位置的切换。
在一些优选的实施方式中，测温机构3的测温位置对准电子束加热机构5的局部加热位置。
具体地，测温机构3优选为安装在电子束加热机构5输出端一侧，且根据SiC半导体片材与电子束加热机构5输出端的距离确定安装角度，使得测温机构3的测温位置对准电子束加热机构5的局部加热位置，进而使得在执行步骤S3时，表面温度信息能直接反映电子束加热机构5的加热进度。
在一些优选的实施方式中，退火室1在退火处理过程中为密闭腔室，其内填充有保护气体（如氩气或氮气），以确保退火处理能稳定进行，因此，退火室1应连接有用于输入保护气体的气体调节组件（图示未画出）。
在一些优选的实施方式中，如图6所示，半导体退火装置还包括用于存放SiC半导体片材的装载腔7以及用于转移SiC半导体片材的上下料机械手8。
具体地，装载腔7与退火室1连通，用于存放未进行退火处理的SiC半导体片材及已完成退火处理的SiC半导体片材。
更具体地，上下料机械手8用于将装载腔7中未进行退火处理的SiC半导体片材转移至承托机构2中以进行退火处理，还用于将承托机构2中已完成退火处理的SiC半导体片材转移至装载腔7存放。
更具体地，本申请实施例的装置设置装载腔7及上下料机械手8能实现大批量、连续化退火处理。
在一些优选的实施方式中，装载腔7为石英腔，其与退火室1连接处设有电动插板阀，在本申请实施例的半导体退火装置使用时，需利用气体调节组件对装载腔7进行抽真空处理及充入保护气体。
第三方面，请参照图7，图7是本申请一些实施例中提供的一种半导体退火***，用于对SiC半导体片材进行退火处理，半导体退火***包括上述半导体退火装置和控制器9，半导体退火装置包括：
退火室1；
承托机构2，固定在退火室1内，用于承载SiC半导体片材；
测温机构3，设置在承托机构2上方，用于测量SiC半导体片材的表面温度信息；
微波加热机构4，设置在承托机构2下方，用于对SiC半导体片材进行微波加热；
电子束加热机构5，设置在承托机构2上方，用于利用电子束对SiC半导体片材表面进行局部加热；
移动机构6，用于切换电子束加热机构5在SiC半导体片材表面的局部加热位置以实现移动性的电子束加热；
控制器9与测温机构3、微波加热机构4、电子束加热机构5及移动机构6电性连接；
控制器9用于获取表面温度信息；
控制器9还用于控制微波加热机构4对SiC半导体片材进行微波加热；
控制器9还用于在表面温度信息达到预设的第一温度阈值时，控制电子束加热机构5和移动机构6配合运行以利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成SiC半导体片材退火处理。
本申请实施例的半导体退火***，结合了微波加热机构4和电子束加热机构5以利用微波加热和电子束加热两种加热手段对SiC半导体片材进行退火处理，其中，利用微波加热处理将SiC半导体片材加热到第一温度阈值能将SiC半导体片材退火处理所需温度下降至单晶硅熔点温度以下，再利用加热温度低于单晶硅熔点温度的电子束加热对SiC半导体片材进行精确的温控退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度、提高退火处理效率，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题。
在一些优选的实施方式中，测温机构3的测温位置对准电子束加热机构5的局部加热位置，控制器9控制电子束加热机构5和移动机构6配合运行以对SiC半导体片材进行移动性的电子束加热的过程包括：
控制电子束加热机构5利用电子束对SiC半导体片材进行局部加热；
在表面温度信息达到预设的第二温度阈值时，按照预设的退火路径控制移动机构6切换电子束的局部加热位置。
在一些优选的实施方式中，第二温度阈值为第一温度阈值的1.5-3倍。
实施例1
为更清楚地阐述本申请的实施方式，以图6所示的半导体退火装置对通过离子注入SiC生成的SiC半导体片材（下面简称SiC片）进行退火处理，其过程如下：
在装载腔7和退火室1均充入保护气体后，利用上下料机械手8将SiC片移动至承托机构2上，控制器9控制第一转动组件61和微波加热机构4启动，使得SiC片持续进行旋转，并利用微波加热机构4对SiC片进行微波加热，其中，微波加热机构4的微波频率为2.45GHz，SiC片的离子注入类型、离子注入程度、厚度均会影响微波加热的效率。
在微波加热过程中，利用设置在电子枪输出端一侧的红外探头测量SiC片的表面温度，在SiC片顶面温度上升至500℃（预设的第一温度阈值）时，控制器9控制微波加热机构4降低微波频率，使得SiC片的顶面温度保持在500℃附近。
控制器9控制电子枪启动对SiC片进行加热，第一转动组件61继续驱动SiC片进行旋转，其中，电子束能量密度为0.2~0.4J/cm2，电子束束斑为半径2mm2的圆（可根据使用需求调聚焦线圈改变半径大小）；该实施方式中，退火路径为多个与SiC片旋转转轴共轴的圆形路线，电子枪为由内至外地依次进行多个圆形路线的加热退火处理，即在完成最内侧圆形路线加热退火处理后，通过第一线性驱动组件62移动至下一个圆形路线上对SiC片进行加热退火处理，其切换调节为对应圆形路线上的SiC片各个位置的温度均到达1200℃（预设的第二温度阈值）；在电子枪完成SiC片最外侧圆形路线的加热退火处理时表明该SiC片整体完成加热退火处理，控制器9关闭电子枪和微波加热机构4使得该SiC片下降至合适温度后，由上下料机械手8将该SiC片转移至装载腔7。
现有的SiC片退火处理一般需要将SiC片加热至1600-2000℃，而Si的熔点为1400℃左右，需在SiC片表面进行镀膜才能防止Si在退火处理中挥发，而在高于1600℃上，保护层材料开始出现不稳定，对Si的保护效果有限，而本申请实施例的方法结合微波加热和电子枪加热，能将SiC片的退火处理所需的温度改变在1100℃附近，该温度低于Si的熔点温度，更不会导致保护层材料出现不稳定，然后利用1200℃加热温度的电子枪加热对SiC片进行加热能实现高效、高质、稳定的退火处理。
综上，本申请实施例提供了一种半导体退火方法、退火装置及退火***，其中，退火方法结合了微波加热和电子束加热两种加热手段对SiC半导体片材进行退火处理，利用微波加热处理将SiC半导体片材加热到第一温度阈值能将SiC半导体片材退火处理所需温度下降至单晶硅熔点温度以下，再利用加热温度低于单晶硅熔点温度的电子束加热对SiC半导体片材进行精确的温控退火处理，能在保证退火处理效果的情况下，降低了退火处理温度、提高退火处理效率，并解决了SiC半导体片材表面元素或保护层的损伤问题。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体退火方法，用于对SiC半导体片材进行退火处理，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取所述SiC半导体片材的表面温度信息；
对所述SiC半导体片材进行微波加热；
在所述表面温度信息达到预设的第一温度阈值时，利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对所述SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成所述SiC半导体片材退火处理。
2.根据权利要求1所述的半导体退火方法，其特征在于，所述电子束加热的位置与所述表面温度信息的位置对应，所述利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对所述SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成所述SiC半导体片材退火处理的步骤包括：
利用电子束对所述SiC半导体片材进行局部加热；
在所述表面温度信息达到预设的第二温度阈值时，按照预设的退火路径切换所述电子束的局部加热位置，所述第二温度阈值小于所述单晶硅熔点温度。
3.根据权利要求2所述的半导体退火方法，其特征在于，所述第二温度阈值为所述第一温度阈值的1.5-3倍。
4.一种半导体退火装置，其特征在于，用于采用如权利要求1-3任一项所述的半导体退火方法对SiC半导体片材进行退火处理，所述半导体退火装置包括：
退火室（1）；
承托机构（2），固定在所述退火室（1）内，用于承载所述SiC半导体片材；
测温机构（3），设置在所述承托机构（2）上方，用于测量所述SiC半导体片材的表面温度信息；
微波加热机构（4），设置在所述承托机构（2）下方，用于对所述SiC半导体片材进行微波加热；
电子束加热机构（5），设置在所述承托机构（2）上方，用于利用电子束对所述SiC半导体片材表面进行局部加热；
移动机构（6），用于切换所述电子束加热机构（5）在所述SiC半导体片材表面的局部加热位置以实现移动性的电子束加热。
5.根据权利要求4所述的半导体退火装置，其特征在于，所述移动机构（6）包括：
第一转动组件（61），安装在所述承托机构（2）上，用于驱动所述SiC半导体片材转动；
第一线性驱动组件（62），与所述电子束加热机构（5）连接，用于驱动所述电子束加热机构（5）进行水平位移。
6.根据权利要求4所述的半导体退火装置，其特征在于，所述移动机构（6）包括：
纵向驱动组件（63），与所述电子束加热机构（5）连接，用于驱动所述电子束加热机构（5）进行纵向水平位移；
横向驱动组件（64），与所述纵向驱动组件（63）连接，用于驱动所述电子束加热机构（5）进行横向水平位移。
7.根据权利要求4所述的半导体退火装置，其特征在于，所述移动机构（6）包括：
第二转动组件（65），安装在所述承托机构（2）上，用于驱动所述SiC半导体片材转动；
第二线性驱动组件（66），与所述第二转动组件（65）连接，用于驱动所述第二转动组件（65）进行水平位移。
8.根据权利要求4所述的半导体退火装置，其特征在于，所述测温机构（3）的测温位置对准所述电子束加热机构（5）的所述局部加热位置。
9.根据权利要求4所述的半导体退火装置，其特征在于，所述半导体退火装置还包括用于存放所述SiC半导体片材的装载腔（7）以及用于转移所述SiC半导体片材的上下料机械手（8）。
10.一种半导体退火***，用于对SiC半导体片材进行退火处理，其特征在于，所述半导体退火***包括半导体退火装置和控制器（9），所述半导体退火装置包括：
退火室（1）；
承托机构（2），固定在所述退火室（1）内，用于承载所述SiC半导体片材；
测温机构（3），设置在所述承托机构（2）上方，用于测量所述SiC半导体片材的表面温度信息；
微波加热机构（4），设置在所述承托机构（2）下方，用于对所述SiC半导体片材进行微波加热；
电子束加热机构（5），设置在所述承托机构（2）上方，用于利用电子束对所述SiC半导体片材表面进行局部加热；
移动机构（6），用于切换所述电子束加热机构（5）在所述SiC半导体片材表面的局部加热位置以实现移动性的电子束加热；
所述控制器（9）与所述测温机构（3）、所述微波加热机构（4）、所述电子束加热机构（5）及所述移动机构（6）电性连接；
所述控制器（9）用于获取所述表面温度信息；
所述控制器（9）还用于控制所述微波加热机构（4）对所述SiC半导体片材进行微波加热；
所述控制器（9）还用于在所述表面温度信息达到预设的第一温度阈值时，控制所述电子束加热机构（5）和所述移动机构（6）配合运行以利用低于单晶硅熔点温度的加热温度对所述SiC半导体片材进行移动性的电子束加热，直至完成所述SiC半导体片材退火处理。
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| CN202210681195.5A CN114823307A (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 一种半导体退火方法、退火装置及退火*** |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115430663A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-12-06 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种电子束金属表面清洗方法 |
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2022
- 2022-06-15 CN CN202210681195.5A patent/CN114823307A/zh active Pending
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