静电消除装置及外延片少数载流子寿命量测前处理方法与流程

本发明涉及外延片少数载流子寿命量测前的处理，尤其涉及静电消除装置及外延片少数载流子寿命量测前处理方法。

背景技术：

1、少数载流子寿命(minority carrier lifetime，mcl)，作为衡量半导体器件性能的基本参数之一，对于碳化硅(sic)材料的质量评估尤为重要。少数载流子寿命的长短直接影响到器件的效率和可靠性，特别是在高压、高温等极端工作条件下。因此，需要对外延片少数载流子寿命进行测量，测量前，采用氢氟酸溶液清洗外延片，并在清洗后依次经过甩干、化学钝化处理，处理完成后，采用测量设备对外延片的少数载流子寿命进行量测。通过采用微波光电导衰减法(μ-pcd)检测微波探测电导率随时间变化的趋势就能得到少数载流子寿命，但现有的前处理方法会对少数载流子寿命造成影响，(计算公式：∑(x-μ)/n)，且对少数载流子寿命的影响偏差为20us-25us，现有的外延片少数载流子寿命量测前的处理方法不利于提高少数载流子寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种有利于提高少数载流子寿命的外延片少数载流子寿命的量测前处理方法。

2、一方面，为实现上述目的，本发明提供一种静电消除装置，包括空气电离组件和循环离子风引流组件，空气电离组件用于电离空气以产生正、负电荷，产生的正、负电荷能够结合静电或悬挂键上未成对的电子，实现消除静电及部分悬挂键的目的；循环离子风引流组件用于引流所述空气电离组件的内部一端处被电离的空气，并重新吹入所述循环离子风引流组件的内部，具体来说，循环离子风引流组件将靠近正、负电荷产生处的空气引流至远离正、负电荷产生的部位，能够调整正、负电荷的空间分布，从而有利于提高静电去除效率。

3、作为本发明进一步的方案：所述空气电离组件包括第一电极、第二电极和静电消除室，所述第一电极和第二电极固定在所述静电消除室的内壁，且所述第一电极和第二电极的放电端距离不超过1毫米，加载在所述第一电极和第二电极的放电端的电压不小于300伏特，当第一电极和第二电极接通电源后，将在第一电极和第二电极的放电端产生不小于3千伏特/厘米的电压，使第一电极和第二电极之间的空气被电离，产生正、负电荷，消除静电消除室内部以及连通空间的静电，当把待消除静电的片状部件放置在与静电消除室连通的空间中时，接通第一电极和第二电极的电源，使第一电极和第二电极放电并击穿其放电区域的空气，使空气产生正、负电荷，具有正、负电荷的空气与片状部件表面接触后，空气中的正电荷能够中和片状部件表面的负电荷，同时空气中的负电荷能够中和片状部件表面的正电荷，从而对片状部件表面的静电进行消除，在对静电消除的过程中，能够同步对片状部件表面悬挂键上未成对的正、负电荷进行同步消除。

4、作为本发明进一步的方案：所述静电消除室的下端连接有消除通道，所述消除通道的底部连通有消除管，所述消除管的开口处安装有第二阀门，所述消除通道通过消除管的底部开口适配片状部件，通过将待消除静电的片状部件适配放置在所述消除管的开口处，打开第二阀门，能够使静电消除室内具有正、负电荷的气流与片状部件的表面接触，能够通过静电消除室室内产生的正、负电荷消除片状部件表面的静电，同时也能消除悬挂键上未成对的电子，减小对少数载流子寿命的影响，提高少数载流子寿命，降低少数载流子寿命的检测偏差。

5、作为本发明进一步的方案：消除通道的顶部连通静电消除室，静电消除室和消除通道的内壁均涂覆有防静电涂层，用于减少静电的产生，消除通道的开口面积为外延片最大截面积的～倍，保证通过消除通道能够引流足量气流至消除管的表面，用于消除外延片表面至少一个侧面的静电，消除管为中空的圆柱形管道，消除管的下端开口外轮廓形状与外延片形状相似，能够适配外延片在消除管开口处的放置，一方面，通过采用适配外延片的消除管，能够减小外延片与消除管之间的间隙，减少静电消除室内与外部环境气体之间的交换，有利于保证静电消除室内气体的洁净度。

6、作为本发明进一步的方案：所述循环离子风引流组件包括引流管和引流泵，引流管与引流泵气密接通，引流泵的输入端与外部电源电性连接，所述引流管接通所述静电消除室的顶部与底部，所述引流泵的进气端与出气端分别连接在引流管的中间部位，引流泵能够将气流从引流管的一端经静电消除室引流至引流管的另一端，所述引流管的表面贯穿安装有气压表，气压表能够持续检测引流管内的气压大小，便于观察因静电消除室内电离空气引起的气压变化，便于调整静电消除室与引流管内的气压值，使被电离后，具有正、负电荷的气流能够时刻被引流至需要进行静电消除的地方。

7、作为本发明进一步的方案：所述引流管的表面贯穿连接有气压调节结构，所述气压调节结构包括增压气囊以及安装在所述增压气囊与引流管连接处的第一阀门，所述第一阀门用于控制所述引流管内部气流的通断，能够配合所述引流泵的停机操作截断引流管内流动的气流，有利于调整静电消除室内的气压值，当气压表检测到引流管内的气压低于预设期望值时，第一阀门打开，增压气囊将内部的空气排出至引流管内，启动引流泵，将引流管内的空气通入静电消除室内，调整静电消除室内的气压，所述引流管包括连通所述静电消除室一端的第一管路和连通所述静电消除室另一端的第二管路，所述引流泵连接于所述第一管路和第二管路的连接处，第一管路和第二管路均为中空的弧形管，能够作为引流通道对具有正、负电荷的气流进行引流，调整具有正、负电荷的气流在空间上的分布。

8、第二方面，本发明还提供了一种外延片少数载流子寿命量测前处理方法，采用如上述方案所述的静电消除装置消除静电，所述方法包括步骤：

9、消除悬挂键；

10、消除静电；

11、化学钝化。

12、作为本发明进一步的方案：所述消除悬挂键的方法包括一次清洁与二次清洁，所述一次清洁包括一次浸洗和一次干燥，所述二次清洁包括二次浸洗和二次干燥，所述一次清洁用于去除所述外延片表面附着的有机化合物和金属杂质，通过减少有机化合物和金属杂质，能够减少外延片表面的悬挂键，所述二次清洁用于去除外延片表面的碱金属粒子、重金属离子和氧化层，减少悬挂键的产生，通过进一步去除外延片表面的碱金属粒子、重金属离子和氧化层，能够保持外延片表面的洁净程度，进一步减少悬挂键的存在。

13、作为本发明进一步的方案：所述一次浸洗包括将外延片浸泡在一号溶液中清洗，清洗时长为50秒至100秒，所述一号溶液由氨水、过氧化氢和纯水组成，氨水、过氧化氢和纯水的体积比为氨水：过氧化氢：纯水＝1:1:5～8，清洗后采用去离子水冲洗外延片，冲洗时长为50秒至100秒，直到洗净所述外延片表面附着的一号溶液，完成一次浸洗，当一次浸洗完成后对外延片进行一次干燥，一次干燥的温度为40℃-65℃，一次干燥时长为50秒至100秒，直到所述外延片表面无液体附着。

14、作为本发明进一步的方案：所述二次浸洗包括将经一次清洁后的所述外延片浸泡在二号溶液中清洗，清洗时长为25秒至50秒，所述二号溶液由盐酸、过氧化氢和纯水组成，盐酸、过氧化氢和纯水的体积比为盐酸：过氧化氢：纯水＝1:1:5～9，清洗后再次用去离子水冲洗外片，冲洗时长为25秒至50秒。

15、作为本发明进一步的方案：所述二次清洁还包括采用氢氟酸溶液浸洗经二次浸洗的所述外延片，浸洗时长为50秒至100秒，并在浸泡清洗后采用去离子水冲洗所述外延片，冲洗时长为50秒至100秒，并对冲洗后的外延片进行二次干燥，所述二次干燥的温度为45℃-65℃，二次干燥时长为50秒至100秒，直到所述外延片表面无液体附着。

16、作为本发明进一步的方案：氢氟酸溶液的稀释比为1:10～20，通过采用稀释后的氢氟酸溶液浸泡清洗所述外延片，以去除外延片表面自然形成的氧化层及清洗过程中形成的氧化层，通过一次清洗和二次清洗，能够有效去除悬挂键，大大减小因外延片表面污染而导致后续工艺失败的风险，有效提升了外延片的品质和性能。

17、作为本发明进一步的方案：所述消除静电的方法包括电离空气产生正、负电荷，通过正、负电荷中和所述外延片表面的静电及悬挂键表面未成对的电子，减少前处理过程对少数载流子寿命的影响，有利于提高少数载流子寿命。

18、作为本发明进一步的方案：所述一次干燥和二次干燥均包括甩干和/或烘箱干燥。

19、作为本发明进一步的方案：化学钝化的方法包括钝化层沉积、热处理和局部场氧化(lfo)工艺，在对外延片进行一次清洁和二次清洁后，沉积一层钝化层，常用的钝化材料包括氧化硅或氮化硅，氧化硅或氮化硅通过化学气相沉积(cvd)或等离子体增强化学气相沉积(pecvd)的方法沉积在外延片上，沉积完钝化层后，通过一道热处理工艺，使钝化层与外延片表面的更好的相互作用和键合，从而提高钝化效果，最后进行局部场氧化(lfo)，局部场氧化(lfo)方法包括在器件表面形成局部的氧化层，用以有效地控制表面电场，减少表面复合。

20、作为本发明进一步的方案：钝化的方法还包括热氧化法和/或电荷沉积法。

21、作为本发明进一步的方案：化学钝化步骤完成后，通过对外延片进行最终的性能检测，确保钝化效果满足器件性能要求，性能检测基于物理、化学和/或电化学原理，通过测量外延片表面的电化学行为、耐腐蚀性能以及机械性能参数来评估钝化效果。

22、作为本发明进一步的方案：采用所述去离子水冲洗外延片的方法包括用冷、热、冷水流分三次冲洗外延片，所述冷水流温度为20℃-25℃，所述热水流温度为45℃-55℃。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1、本发明通过一次清洁去除外延片表面附着的有机化合物和金属杂质，同时通过二次清洁去除外延片表面自然形成的氧化层及清洗过程中形成的氧化层、碱金属粒子、重金属离子和氧化层，通过一次清洗和二次清洗，能够有效去除悬挂键，大大减小因外延片表面污染而导致后续工艺失败的风险，在保证少数载流子寿命的同时，提升了外延片的品质和性能。

25、2、本发明通过静电消除室室内产生的正、负电荷消除片状部件表面的静电，同时也能消除悬挂键上未成对的电子，减小对少数载流子寿命的影响，提高少数载流子寿命。

26、3、本发明通过循环离子风引流组件将靠近正、负电荷产生处的空气引流至远离正、负电荷产生的部位，能够调整正、负电荷的空间分布，有利于提高静电去除效率。