專利名稱：用于晶體生長(zhǎng)的碳化硅表面的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于晶體生長(zhǎng)的碳化硅表面的制備。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種干燥腐蝕碳化硅表面，然后在上面均勻地外延沉積一層碳化硅薄膜的方法。
在半導(dǎo)體裝置的加工中，這樣的裝置的最重要和最基本的要求之一，是它們由具有特殊性質(zhì)的起始材料制成。在許多應(yīng)用中，合適的起始材料是一塊單晶(有時(shí)稱為單晶(monocry stalline))材料，正如那些熟悉電子裝置的技術(shù)人員所熟知的那樣，如果不仔細(xì)控制晶體的生長(zhǎng)和工藝，在晶體中將會(huì)產(chǎn)生缺陷，這些缺陷嚴(yán)重影響了晶體以及由晶體制備的任何裝置的電子性能。在許多場(chǎng)合，有缺陷的晶體使這樣的裝置變得無(wú)法操作。
晶體的突出特征之一是它們的內(nèi)部有序。這種內(nèi)部有序包括，通常在三維方向，物質(zhì)(例如原子、離子或分子)的結(jié)構(gòu)型式有規(guī)律的重復(fù)。這種有規(guī)律的重復(fù)不僅擴(kuò)展至每個(gè)特定的原子、離子或分子的最鄰近的環(huán)境，而且擴(kuò)展至大范圍，代表了基本結(jié)構(gòu)型式的成百萬(wàn)次重復(fù)。
但是，在晶體結(jié)構(gòu)中這種重復(fù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在晶體結(jié)構(gòu)中無(wú)論何時(shí)出現(xiàn)一個(gè)缺陷，晶體生長(zhǎng)的性質(zhì)是這樣的，當(dāng)晶體生長(zhǎng)時(shí)，晶體中的缺陷將同樣地再三再四地重復(fù)。這些缺陷通常稱為位錯(cuò)，典型地，這樣的結(jié)構(gòu)缺陷通常擴(kuò)展至幾百個(gè)
的距離，位錯(cuò)的典型形式稱為螺型位錯(cuò)、刃型位錯(cuò)、缺陷的塞積、反相位晶界、和雙定位晶界。這些缺陷可以很嚴(yán)重，使得晶體的表面形態(tài)顯示出可見的不均勻性。另外，在象碳化硅這樣的材料中，碳化硅可以形成大量的多型體，這些多型體為微小的熱動(dòng)力學(xué)差異所區(qū)分，這樣的缺陷促進(jìn)多型體的成核是不希望發(fā)生的，而不是促進(jìn)基晶的多型體的成核。
各種負(fù)電荷效應(yīng)通常起源于這樣的缺陷和位錯(cuò)。最嚴(yán)重的電效應(yīng)是在許多類型的裝置中，出現(xiàn)不希望或者不合格的漏電量。另一種效應(yīng)是因?yàn)橛腥毕莸木w中的散射碰撞而降低了電子的遷移率。在特定的裝置中，電子遷移率的降低本身顯示為電阻增加。在光學(xué)裝置，例如光輻射二極管中，晶體缺陷導(dǎo)致在輻射過(guò)程輻射波長(zhǎng)變化，并且促使帶寬展寬，不合于要求。
在制造某些半導(dǎo)體裝置中所希望的，并且在制造另一些半導(dǎo)體裝置中所必需的一種晶體生長(zhǎng)技術(shù)，是一種單晶半導(dǎo)體材料薄膜，在相同的或者不同的半導(dǎo)體材料的另一表面上的生長(zhǎng)，或者甚至生長(zhǎng)在非半導(dǎo)體基片上。這種生長(zhǎng)通常采用諸如液相取向外延生長(zhǎng)或者化學(xué)氣相沉積的技術(shù)，半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常熟知這些技術(shù)。通常運(yùn)用這些工藝，在已有的材料上，仔細(xì)地生長(zhǎng)出新結(jié)晶材料的薄膜或者“外延”層。晶體生長(zhǎng)過(guò)程的性質(zhì)是這樣的，在新結(jié)晶材料將要沉積的表面中的缺陷，趨于原封不動(dòng)地復(fù)制在生長(zhǎng)在該表面上的新結(jié)晶材料中。因?yàn)橥庋訉油ǔＪ前雽?dǎo)體材料的那些部分，它們用于制成和控制所要求的電子裝置，所以這些被復(fù)制的缺陷可使所得到的晶體，從電子學(xué)角度來(lái)說(shuō)，不能滿足要求，甚至喪失功能。
于是，需要嚴(yán)格制備表面，在該表面上，晶體外延生長(zhǎng)，并且使得用于電子裝置的半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)過(guò)程中的缺陷減至最小或者基本上消除。
然而，所有表面制備技術(shù)的問(wèn)題在于，試圖從表面上消除已有的損傷或缺陷，而不在這一過(guò)程引起新的損傷，在這一方面，熟悉半導(dǎo)體表面制備的技術(shù)人員知道，一種典型的技術(shù)包括生產(chǎn)一塊晶體，把該塊晶體鋸成或者切成更小的晶體或晶片，在一塊硬表面上用研磨膏研磨該晶體，迅速磨去該材料的大部分，然后用類似的研磨膏拋光該晶體表面，不過(guò)用一種更輕緩的方式，并且換一塊較軟的表面，以產(chǎn)生半導(dǎo)體材料拋光的表面。在每個(gè)場(chǎng)合，這些步驟形成了“損傷成核缺陷”，這些缺陷在外延生長(zhǎng)過(guò)程中被復(fù)制。
在拋光硅(Si)晶片的情形下，在最后的拋光步驟中，通過(guò)采用“拋光腐蝕”可以容易地消除損傷-成核缺陷。該步驟使用很細(xì)的研磨膏作為拋光介質(zhì)，當(dāng)Si表面被拋光時(shí)，該研磨膏也化學(xué)腐蝕Si表面。拋光的表面不僅光滑，而且基本上沒(méi)有損傷。用于Si的典型的拋光腐蝕采用Sio2顆粒在基液(NaoH或KOH)中的懸浮液，它氧化Si表面。該氧化物反過(guò)來(lái)又被SiO2顆粒機(jī)械地除去。
近來(lái)，使用碳化硅(SiC)作為半導(dǎo)體材料重新引起了興趣。長(zhǎng)期以來(lái)，碳化硅作為半導(dǎo)體材料被認(rèn)為具有某種優(yōu)良的特性。這些特性包括寬帶隙，高熱導(dǎo)率，高飽和電子漂移速率，以及高電子遷移率。然而，將其商品化的障礙是，碳化硅需要不同于普通技術(shù)的高工藝溫度，難于獲得優(yōu)良的起始材料，某些傳統(tǒng)的摻雜技術(shù)難于實(shí)施，可能最重要的是，碳化硅結(jié)晶有150多種多型體，其中的許多被微小的熱動(dòng)力學(xué)差異所區(qū)分。但是，最近的進(jìn)展，有可能以商業(yè)化的基礎(chǔ)和規(guī)模，生產(chǎn)碳化硅和以碳化硅為基的裝置。
但是，在進(jìn)行碳化硅的外延生長(zhǎng)中，已發(fā)現(xiàn)常用技術(shù)，切片，研磨和拋光碳化硅表面，然后進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，產(chǎn)生許多明顯的缺陷，包括缺陷的塞積以及類似物。這些缺陷顯然起因于這些機(jī)械制備步驟所導(dǎo)致的表面下的損傷，象細(xì)拋光，濕腐蝕和氧化等后續(xù)步驟不能修復(fù)損傷。當(dāng)外延層在表面上生長(zhǎng)時(shí)，這些損傷反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致缺陷的復(fù)制。
另外，適合于諸如硅之類材料的制備步驟并不類似地適合于碳化硅，如前所述，硅表面制備采用一種化學(xué)拋光，它不僅物理拋光，而且化學(xué)地稍徽腐蝕硅。但是，碳化硅比硅更為化學(xué)穩(wěn)定-于是不發(fā)生反應(yīng)-現(xiàn)在尚無(wú)用于碳化硅的合適的類似的化學(xué)拋光。結(jié)果，對(duì)碳化硅要采用不同的技術(shù)。
一種用于從SiC表面消除剩留的缺陷的技術(shù)，是采用熔融鹽材料，例如氫氧化鉀(KOH)，進(jìn)行液態(tài)或者“濕”腐蝕，但是，熔融鹽腐蝕難于控制，通常需要高溫(例如，700-800℃)，并且趨于化學(xué)腐蝕性，難于控制。
另一種嘗試的方法包括陽(yáng)極腐蝕，其中，要腐蝕的樣品作成陽(yáng)極，放在電解系統(tǒng)中，用較濃的氫氧化鉀(例如，20%的KOH水溶液)，鉻酸，或草酸，作為電解液。但是，有一個(gè)缺點(diǎn)，在任何給定的一組條件下，p型和n型材料的腐蝕速率顯著不同。另外，陽(yáng)極腐蝕是一個(gè)低效過(guò)程，它通常不適于商業(yè)化，而且在某些條件下，電極板也成問(wèn)題。
SiC表面制備的另一個(gè)技術(shù)是氧化表面，然后除去氧化部分?？墒?，氧化技術(shù)有很多問(wèn)題，包括不能以可行的速率除去足夠多的材料。例如，要花一星期的時(shí)間用于氧化生長(zhǎng)和除去，以除去1μm的某種類型的材料。氧化技術(shù)也會(huì)導(dǎo)致?lián)诫s劑再分配效應(yīng)，以及氧化引起的缺陷塞積。
相應(yīng)地，制備碳化硅表面還需要一種方法用于進(jìn)一步晶體生長(zhǎng)，特別是外延生長(zhǎng)，該方法可除去因必要的切割和拋光步驟而引起的損傷，同時(shí)避免因制備步驟本身而引入的另外的缺陷。
本發(fā)明的目的在于，提供一種碳化硅表面上外延生長(zhǎng)一種單晶碳化硅薄膜的方法，該方法可降低所得到的薄膜中以及薄膜和碳化硅表面之間的界面中的缺陷密度。本發(fā)明達(dá)到了這一目的，通過(guò)一種方法在一塊單晶碳化硅晶體上形成一個(gè)基本上是平面的表面，將該基本上是平面的表面暴露在腐蝕性等離子體中，直至任何因機(jī)械制備而引起的表面或表面下的損傷基本上被消除。不過(guò)，腐蝕是有限的，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)在表面中等離子體腐蝕發(fā)展新缺陷或者使現(xiàn)有缺陷惡化所要的時(shí)間，同時(shí)采用等離子體氣體和電極系統(tǒng)，它們本身不會(huì)在表面中惡化或者引起顯著的缺陷。
本發(fā)明的上述目的和其它目的，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，達(dá)到這些目的的方法，將在下文中作詳細(xì)描述，使之更為明瞭。
本發(fā)明是一種在碳化硅表面上外延生長(zhǎng)一種單晶碳化硅薄膜的方法，該方法可降低所得到的薄膜中的以及薄膜如碳化硅表面之間界面中的缺陷密度。
本方法包括首先在一塊單晶碳化硅晶體上形成一個(gè)基本上是平面的表面。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，該步驟包括機(jī)械制備碳化硅晶體，以形成基本上是平面的表面。在普通技術(shù)中，通常用鋸或切的方法切開一塊碳化硅晶體，以露出一塊特定的平表面。在后文中將要指出，該表面通常是依據(jù)晶體米勒指數(shù)(Miller indices)特意選擇的，以強(qiáng)化進(jìn)一步生長(zhǎng)。在一個(gè)典型的實(shí)施方案中，機(jī)械地制備晶體的步驟包括切開碳化硅晶體，露出一般的平表面，然后用研磨膏研磨該表面。如前所述，“研磨”(“Iapping”)這個(gè)術(shù)語(yǔ)涉及使用諸如金剛石膏之類的研磨膏以及另一個(gè)硬表面來(lái)研磨碳化硅表面。
在研磨步驟之后，一般用更細(xì)的研磨膏和更輕柔的拋光儀器來(lái)拋光該表面。如前所述，在以往的晶體生長(zhǎng)技術(shù)中，拋光步驟有時(shí)代表了開始外延生長(zhǎng)前的最后步驟。
在初始的機(jī)械制備之后，將基本上是平面的表面暴露在腐蝕性等離子體中，直至任何因機(jī)械制備而引起的表面或表面下的損傷基本上被消除。雖然本申請(qǐng)不希望被任何特定的理論所束縛，但是早期有關(guān)碳化硅的工作表明，拋光步驟會(huì)引起表面下?lián)p傷，甚至當(dāng)機(jī)械地改善露出的平表面時(shí)亦如此。該表面下?lián)p傷顯然為在該表面上生長(zhǎng)的薄膜中的晶體缺陷提供了成核視野(nucleatiou sights)。利用腐蝕性等離子體除去碳化硅材料，顯然有助于消除這種表面下缺陷，以及更明顯的表面缺陷。
但是，腐蝕性等離子體步驟是有限的，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)。在表面中等離子體腐蝕本身發(fā)展新缺陷或者使現(xiàn)有缺陷惡化所需的時(shí)間，可以理解，腐蝕技術(shù)的一般目的是以一種相當(dāng)直接的方式除去材料，在本發(fā)明中用該技術(shù)制備平表面需要更仔細(xì)的技術(shù)。作為一般的準(zhǔn)則，腐蝕過(guò)程持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間，將會(huì)促進(jìn)“微屏蔽”(“micromasing”)效應(yīng)，在下面將作討論。類似地，如果使腐蝕過(guò)程擴(kuò)展的深度超過(guò)了需要的深度，則可能趨于暴露出另外的現(xiàn)有缺陷，在后面的外延生長(zhǎng)步驟中，將復(fù)制出這些缺陷。相應(yīng)地，為了消除損傷，通常必須除去至少200
的材料，于是，一般優(yōu)選的腐蝕深度為大約0.02-10μm(1um等于10，000
)，最優(yōu)選的腐蝕深度是大約0.5-1um。
另外，本發(fā)明的方法還包括一種等離子體氣體和電極系統(tǒng)，它們本身不會(huì)在表面中造成顯著的缺陷。
在后面將作更充分的討論，最后的步驟是用化學(xué)氣相沉積方法在經(jīng)腐蝕的表面上沉積一層單晶碳化硅薄膜。
腐蝕步驟必須以特殊方式進(jìn)行，以保持本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。通常，使用等離子體氣體和電極系統(tǒng)的步驟本身不會(huì)在表面中造成顯著的缺陷，該步驟包括在兩個(gè)電極之間建立等離子體發(fā)生電位差，然后通過(guò)在兩個(gè)電極之間引入一種氣體而產(chǎn)生等離子體。選擇該氣體是易于在等離子體中基本上分解成為它的元素組份的結(jié)果，從氣體中分解出的所有組份，在等離子體中是揮發(fā)性的，結(jié)果至少一種分解的組份與碳化硅發(fā)生反應(yīng)。依照這個(gè)判據(jù)選擇氣體很重要，因?yàn)橄笏姆淄?CF4)這種氣體，雖然在等離子體條件下可與碳化硅發(fā)生反應(yīng)，但趨于產(chǎn)生碳氟基，碳氟基反過(guò)來(lái)又趨于以碳氟化合物的形式，甚至以聚合物的形式，沉積在正被腐蝕的表面上。于是，必須選擇這樣一種氣體，它既與碳化硅發(fā)生反應(yīng)，它的分解組份又是可揮發(fā)的，而不會(huì)形成化合物沉積在表面上。
因此，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，從三氟化氮(NF3)形成反應(yīng)性離子等離子體。而在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，選擇的氣體是大約10%氧化亞氮(N2O)在三氟化氮中的混合物。另一種方法是，可用含氟氣體和含氧氣體的其它混合物，只要它們滿足要求，在等離子體中基本上分解成為它的元素組份，并且基本上所有的分解組份在等離子體中是揮發(fā)性的，至少一種分解組份與碳化硅發(fā)生反應(yīng)，附加條件是，另一方面，剩下的所有組份都不干擾腐蝕過(guò)程或者所制備的表面。
類似地，在該方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，產(chǎn)生反應(yīng)性離子等離子體的步驟，包括向等離子體加直流偏壓，如果需要的話，本方法進(jìn)一步包括下述步驟，在靶上加上磁場(chǎng)，以提高碳化硅靶在等離子體中的腐蝕速率。在這種場(chǎng)合下，加磁場(chǎng)的步驟優(yōu)選地包括在碳化硅靶附近放置一塊磁鐵。
那些熟悉等離子體技術(shù)的人員也可理解，任何其它的產(chǎn)生和維持等離子體的方法也可用于本發(fā)明。這樣的其它方法包括，但不僅限于反應(yīng)性離子束等離子體，和電子回旋共振(ECR)等離子體。ERC等離子體特別適合于在低壓下獲得均勻的等離子體。
作為腐蝕過(guò)程中的進(jìn)一步考慮，必須仔細(xì)選定制備電極的材料。另外的類似腐蝕過(guò)程的結(jié)果觀察表明，當(dāng)受過(guò)陽(yáng)極化處理的鋁陽(yáng)極作為靶時(shí)，在這樣的腐蝕過(guò)程中，氧化鋁(AI2O3)從陽(yáng)極濺射到正被腐蝕的表面上。金屬或金屬氧化物的這些微小沉積物“微屏蔽”了表面，結(jié)果使得進(jìn)一步的腐蝕不均勻。本專利中進(jìn)一步要討論的是，使用不銹鋼陽(yáng)極好象同樣會(huì)濺射鐵或鐵化合物到表面上。另外，象鋁這樣的材料，會(huì)和等離子體中的氟發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生不希望有的另外的含氟物質(zhì)，它們也積聚在腐蝕的表面上，這是不希望發(fā)生的。于是，為了消除氟和AI2O3在表面的沉積，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在腐蝕室中放入一個(gè)碳陽(yáng)極涂層板。在本發(fā)明的方法中，碳有許多優(yōu)點(diǎn)，特別是它具有低濺射率。另外，陽(yáng)極上的碳會(huì)和等離子體中的氟組份發(fā)生反應(yīng)，使之不會(huì)積聚在經(jīng)腐蝕的碳化硅表面上。
另一種優(yōu)選的涂層板材料是石英(SiO2)。當(dāng)使用石英涂層板時(shí)，唯一形成的腐蝕產(chǎn)物只有SiFx(X＝1-4)，SiO和O2。所有這些組份在等離子體中是揮發(fā)性的，不會(huì)積聚在反應(yīng)室中，也不會(huì)形成微屏蔽組份。另外，石英和碳一樣還有某些優(yōu)點(diǎn)，例如低濺射率和在碳化硅上的無(wú)害沉積。具體地說(shuō)，如果SiO2濺射到碳化硅表面上的話，SiO2的腐蝕比碳化硅更快，于是可除去SiO2，沒(méi)有明顯的影響。
于是，本發(fā)明包括將基本上是平面的碳化硅表面作為靶固定在一個(gè)電極上，電極是用低濺射率的材料制備的，電極材料可與分解組份發(fā)生反應(yīng)。等離子體與碳化硅反應(yīng)，結(jié)果腐蝕碳化硅，同時(shí)分解組份與電極反應(yīng)，而且，低濺射率的電極，避免了來(lái)自支持電極的濺射材料，和來(lái)自等離子體的不揮發(fā)組份，對(duì)靶的污染。
反應(yīng)性離子腐蝕的一般技術(shù)為本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知，也可以發(fā)現(xiàn)和調(diào)整特殊技術(shù)，而無(wú)需過(guò)分實(shí)驗(yàn)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中建立等離子體發(fā)生電位差的步驟包括在電極上加大約10-400W的功率。要特別說(shuō)明的是，在這些實(shí)施方案中，加在加電壓的電極上的功率密度為大約0.04-2W/Cm2。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，加在加電壓的電極上的功率密度為大約0.4-0.9W/Cm2。
一般地，引入氣體時(shí)的壓力為大約5-5000毫乇(millTorr)，流速為大約1-500標(biāo)準(zhǔn)cm3/min(SCCM)，最優(yōu)選的流速是大約50sccm。在一個(gè)最優(yōu)選的實(shí)施方案中，引入氣體的步驟包括在大約100毫乇的壓力下，引入在50sccm的三氟化氮中的大約10%氧化亞氮的氣體混合物，電極的功率為大約100W，DC偏壓為大約130V，并且在靶電極上采用石英涂層板。在這樣的條件下，大約在9秒中開始除去材料持續(xù)時(shí)間為75分鐘或更長(zhǎng)，取決于要除去的材料的量。在這些條件下，典型的腐蝕要在大約3.7分鐘內(nèi)除去大約0.5μm，在這些條件下，75分鐘類似的腐蝕將除去大約10μm。
最后，本發(fā)明的方法包括用化學(xué)氣相沉積方法在經(jīng)腐蝕的表面上沉積一層單晶碳化硅薄膜。在優(yōu)選實(shí)施方案中，這包括在一個(gè)α的碳化硅表面上，沉積一層或者6H(“α”)或者3C(“β”)碳化硅薄膜。
當(dāng)要沉積的薄膜層是6H碳化硅時(shí)，本方法包括在一塊6H碳化硅表面的平界面上沉積一層6H碳化硅薄膜，該平界面相對(duì)于基面，偏離軸傾斜大于1度，結(jié)果基本上是朝向<1120>方向中的一個(gè)。
當(dāng)要沉積的薄膜是β碳化硅時(shí)，沉積薄膜的步驟包括在6H碳化硅表面的(0001)Si面上，按照〔111〕生長(zhǎng)方向，外延沉積一層β碳化硅薄膜的(111)結(jié)晶學(xué)與6H碳化硅表面的(0001)結(jié)晶學(xué)相匹配，結(jié)果β碳化硅的(101)面與6H碳化硅的(1120)面相平行，β碳化硅的(111)面與6H碳化硅的(0001)面相平行。
在說(shuō)明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明典型的優(yōu)選實(shí)施例，并且，盡管采用了專門術(shù)語(yǔ)，它們只用于一般的描述，并不是為了限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍在下述權(quán)利要求書中提出。
權(quán)利要求
1.一種在碳化硅表面上外延生長(zhǎng)一層單晶碳化硅薄膜的方法，該方法可降低所得到的薄膜中以及薄膜和碳化硅表面之間界面中的缺陷密度，該方法包括在一塊單晶碳化硅晶體上形成一個(gè)基本上是平面的表面；將基本上是平面的表面暴露在腐蝕性等離子體中，直至任何因機(jī)械制備而引起的表面或表面下的損傷基本上被消除，但是持續(xù)時(shí)間不超過(guò)在表面中等離子體腐蝕本身發(fā)展新缺陷或者使現(xiàn)有缺陷惡化所需的時(shí)間，并且同時(shí)采用等離子體氣體和電極系統(tǒng)，它們本身不會(huì)在表面中造成顯著的缺陷；以及用化學(xué)氣相沉積方法在經(jīng)腐蝕的表面上沉積一層單晶碳化硅薄膜。
2.按照權(quán)利要求1的方法，所說(shuō)的在一塊碳化硅晶體上形成一塊基本上是平表面的步驟包括切開一塊碳化硅晶體，露出一塊一般的平表面;用研磨膏研磨一般的平表面;以及用研磨膏拋光一般的平表面，以產(chǎn)生基本的平表面。
3.按照權(quán)利要求1的方法，將基本的平表面暴露在腐蝕性等離子體中，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)在表面中等離子體腐蝕本身發(fā)展新缺陷或者使現(xiàn)有缺陷惡化所需的時(shí)間，所說(shuō)的步驟包括限制腐蝕深度為大約0.5-1μm。
4.按照權(quán)利要求1的方法，所說(shuō)的用化學(xué)氣相沉積方法在經(jīng)腐蝕的表面上沉積一層單晶碳化硅薄膜的步驟包括，在一塊6H碳化硅表面的平界面上沉積一層6H碳化硅薄膜，該平界面相對(duì)于基面，偏離軸傾斜大于1度，結(jié)果基本上是朝向<1120>方向中的一個(gè)。
5.按照權(quán)利要求1的方法，所說(shuō)的用化學(xué)沉積方法在經(jīng)腐蝕的表面上沉積一層單晶碳化硅薄膜的步驟包括，在6H碳化硅表面的(0001)Si面上，按照〔111〕生長(zhǎng)方向，外延沉積一層β碳化硅薄膜，結(jié)果β碳化硅薄膜的(111)結(jié)晶學(xué)與6H碳化硅表面的(0001)結(jié)晶學(xué)相匹配，結(jié)果β碳化硅的(101)面與6H碳化硅的(1120)面相平行，β碳化硅的(111)面與6H碳化硅的(0001)面相平行。
6.按照權(quán)利要求1的方法，將基本的平表面暴露在腐蝕性等離子體中，同時(shí)使用等離子氣體和電極系統(tǒng)，它們本身不會(huì)在表面中造成顯著的缺陷，所說(shuō)的步驟包括在兩個(gè)電極之間建立等離子體發(fā)生電位差;通過(guò)在兩個(gè)電極之間引入一種氣體而產(chǎn)生等離子體，所說(shuō)的氣體易于在等離子體中基本上分解成為它的元素組份，并且所說(shuō)的基本上所有的從氣體中分解出來(lái)的組份是揮發(fā)性的，并且所說(shuō)的至少一種分解的組份與碳化硅發(fā)生反應(yīng);將基本上是平面的碳化硅表面作為靶固定在一個(gè)電極上，所說(shuō)的電極用低濺射率的材料制成，所說(shuō)的電極材料可分解組份發(fā)生反應(yīng);以及等離子體與碳化硅反應(yīng)，結(jié)果腐蝕碳化硅，同時(shí)分解組份與電極反應(yīng)，而且，低濺射率的電極，避免了來(lái)自支持電極的濺射材料，和來(lái)自等離子體的不揮發(fā)的分解組份，對(duì)靶的污染。
7.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的在兩個(gè)電極之間通過(guò)引入一種氣體，在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生等離子體的步驟包括，引入含氟氣體和含氧氣體的氣體混合物，該混合物在等離子體中易于基本上分解為它的元素組份，并且所說(shuō)的基本上所有的從氣體混合物中分解出來(lái)的組份在等離子體中是揮發(fā)性的，并且所說(shuō)的至少一種分解的組份與碳化硅發(fā)生反應(yīng)，以及附加條件是，另一方面，剩下的所有組份都不干擾正在進(jìn)行的腐蝕過(guò)程或者所制備的碳化硅表面。
8.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的產(chǎn)生等離子體的步驟包括從三氟化氮形成反應(yīng)性離子等離子體。
9.按照權(quán)利要求8的方法，所說(shuō)的產(chǎn)生反應(yīng)性離子等離子體的步驟包括在等離子體上加直流偏壓。
10.按照權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步包括在靶上加磁場(chǎng)的步驟，通過(guò)在碳化硅靶附近放置一塊磁鐵，來(lái)加強(qiáng)碳化硅靶在等離子體中的腐蝕速率。
11.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的把碳化硅靶固定在一個(gè)電極上的步驟包括，將碳化硅靶固定在一個(gè)碳陰極或者一個(gè)石英陰極上。
12.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的建立等離子體發(fā)生電位差的步驟包括，在電極上加大約10-400W的功率。
13.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的建立等離子體發(fā)生電位差的步驟包括，在加電壓的電極上的功率密度是大約0.04-2W/Cm2。
14.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的在電極間引入氣體的步驟包括，在大約5-5000毫乇下引入該氣體。
15.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的引入氣體的步驟包括，在大約1-500標(biāo)準(zhǔn)Cm3/分鐘下引入該氣體。
16.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的引入氣體的步驟包括，在大約100毫乇的壓力下，引入大約10%氧化亞氮在三氟化氮中的氣體混合物。
17.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的產(chǎn)生等離子體的步驟包括產(chǎn)生一種反應(yīng)性離子束等離子體。
18.按照權(quán)利要求6的方法，所說(shuō)的產(chǎn)生等離子體的步驟包括產(chǎn)生一種電子回旋共振等離子體。
全文摘要
本發(fā)明是在一塊單晶碳化硅晶體上形成一個(gè)基本的平表面的方法，將基本的平表面暴露在腐蝕性等離子體中，直至任何因機(jī)械制備該表面而引起的表面或表面下的損傷基本上被消除。然而，腐蝕是有限的，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)在表面上等離子腐蝕發(fā)展新缺陷或者使現(xiàn)有缺陷惡化所要的時(shí)間，同時(shí)采用等離子體氣體和電極系統(tǒng)，它們本身不會(huì)在表面中惡化或者引起顯著的缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1050949SQ9010828
公開日1991年4月24日 申請(qǐng)日期1990年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月13日
發(fā)明者約翰·W·帕穆爾, 華雙·孔, 約翰·A·愛德蒙 申請(qǐng)人:克里研究公司