一種采用干式刻蝕方法獲得碳化硅襯底的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳化硅(SiC)晶片表面加工處理領(lǐng)域，尤其是一種用干式刻蝕的方法對碳化硅(SiC)單晶襯底、晶片的進行表面處理技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅單晶襯底在電力電子領(lǐng)域、光電子領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用的前提是在碳化硅單晶襯底表面通過外延生長的方式獲得多種外延功能層。外延技術(shù)典型技術(shù)特征之一繁衍襯底晶格完整性。因而，為充分發(fā)揮材料性能，需要襯底，尤其是襯底外表面具有完美的晶格完整性和規(guī)矩的原子排列。
[0003]目前，對于碳化硅的表面加工技術(shù)，多采用不同材質(zhì)、及顆粒度的磨料(金剛石、碳化硼、氧化鈰、氧化鋁、氧化硅等)方式分步驟、過度式加工方式獲得。同時，由于碳化硅的物理化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，為獲得保證各步驟的損傷在下道工序中被去除，往往需要輔以較大的加工壓力才能保證其加工效果。采用類似傳統(tǒng)工藝路線，加工后，襯底表面往往存在亞損傷，并且在外延，或器件應(yīng)用時顯現(xiàn)出來，影響材料使用性能。
[0004]本技術(shù)方案提出，在特種真空反應(yīng)腔內(nèi)，在高溫、特定刻蝕氣體的氛圍中，通過純化學(xué)的方法，對碳化硅晶片表面采用干式刻蝕技術(shù)方案，從而保證獲得具有原子級的、無損傷超尚精度晶片表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用純化學(xué)的干式刻蝕的方法，對碳化硅(SiC)單晶襯底、晶片的進行方法進行表面處理，采用高溫、腐蝕性氣體去除機械加工過程中產(chǎn)生的加工損傷，從而獲得原子級的、無損傷超高精度晶片表面。
[0006]為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明一種采用干式刻蝕方法獲得碳化硅襯底的方法，該方法包括如下步驟:
步驟I)將待處理的碳化硅單晶襯底置于反應(yīng)腔內(nèi)，對該反應(yīng)腔抽真空至10—5pa，保持1分鐘，然后通入刻蝕氣體至1-120Kpa，保持20分鐘；
步驟2)對反應(yīng)腔抽真空至10—3pa，并加熱至1000-1200 °C，保持30分鐘；
步驟3)維持反應(yīng)腔真空度在10—3pa，保持10分鐘，通入刻蝕氣體與載氣的混合氣體至1Kpa，保持3分鐘；
步驟4)向反應(yīng)腔通入所述混合氣體至l_120Kpa，并加熱至1300-1900 °C，在該真空度和溫度下維持30分鐘后再次抽真空；
步驟5 )保持所述步驟4)中的加熱溫度進行干式刻蝕，重復(fù)多次向反應(yīng)腔通入刻蝕氣體至l-120Kpa后抽真空至10—4pa，然后按照10-15°C/min的降溫速度將反應(yīng)腔降至室溫；
其中，步驟I)、步驟3)、步驟4)重復(fù)多次進入下一步驟。
[0007]進一步，所述刻蝕氣體為氯化氫、氨氣、硅烷或氫氣。
[0008]進一步，所述載氣為氮氣或惰性氣體。
[0009]進一步，所述混合氣體中刻蝕氣體的體積比為5%，載氣氣體的體積比為95%。
[0010]進一步，在所述步驟I)之前需要對碳化硅襯底進行清洗，以保證刻蝕過程中的表面一致性。
[0011]本工藝方法中，關(guān)鍵參數(shù)包括刻蝕氣體選擇、刻蝕溫度、工作壓力、處理時間等，其中，刻蝕氣體選用氯化氫、氨氣、硅烷、氫氣等;工作時的恒定刻蝕溫度為1300-1900 °C ;工作時的恒定工藝壓力為lKpa_120Kpa;氣體置換要求:為保證刻蝕氣體的純度，需要對反應(yīng)腔體多次充入如高純氬氣、氮氣等載氣，用于稀釋、置換反應(yīng)腔內(nèi)的氧氣，避免產(chǎn)生與氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，影響刻蝕效果;采用本工藝前，需要對碳化硅襯底進行清洗，以保證刻蝕過程中的表面一致性;執(zhí)行刻蝕過程中，需要反復(fù)充、放氣體。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1中刻蝕后表面粗糙度測試結(jié)果。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
[0014]實施例1
設(shè)計工藝溫度1400 ± 10°C，工藝壓力為50Kpa，刻蝕氣體選擇為氯化氫(HCl)氣體，具體為5%(體積比)氯化氫氣體與95%(體積比)氬氣的混合氣體，按照本方法實施之前，需要將碳化硅襯底進行清洗，以保證刻蝕過程中的表面一致性。
[0015]具體處理工藝路線為:
步驟I)將待處理的碳化硅單晶襯底置于反應(yīng)腔內(nèi)，對該反應(yīng)腔抽真空至10—5pa，保持1分鐘，然后通入刻蝕氣體至50Kpa，保持20分鐘，重復(fù)該步驟2次；
步驟2)對反應(yīng)腔抽真空至10—3pa，并加熱至1000-1200 °C，保持30分鐘；
步驟3)維持反應(yīng)腔真空度在10—3pa，保持10分鐘，通入刻蝕氣體與載氣的混合氣體至1Kpa，混合氣體中5%(體積比)為氯化氫氣體與95%(體積比)為氬氣，保持3分鐘，重復(fù)該步驟2次；
步驟4)向反應(yīng)腔通入混合氣體至50Kpa，并加熱至1400°C，并通過校準(zhǔn)過的紅外測溫儀對該溫度進行測試，確保溫度為1400±10°C，在該真空度和溫度下維持30分鐘后再次抽真空，重復(fù)該步驟3次；
步驟5)保持反應(yīng)腔1400°C進行干式刻蝕，向反應(yīng)腔通入刻蝕氣體至l_120Kpa后抽真空至10—4pa，重復(fù)5次后按照10-15°C/min的降溫速度將反應(yīng)腔降至室溫。
[0016]對加工后的碳化硅襯底進行AFM(原子力顯微鏡)測試，如圖1，結(jié)果顯示，通過輕刻蝕工藝，可以獲得粗糙度滿足外延使用要求的表面。
[0017]上述示例只是用于說明本發(fā)明，本發(fā)明的實施方式并不限于這些示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員所做出的符合本發(fā)明思想的各種【具體實施方式】都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種采用干式刻蝕方法獲得碳化硅襯底的方法，該方法包括如下步驟: 步驟I)將待處理的碳化硅單晶襯底置于反應(yīng)腔內(nèi)，對該反應(yīng)腔抽真空至10—5pa，保持10分鐘，然后通入刻蝕氣體至l_120Kpa，保持20分鐘； 步驟2)對反應(yīng)腔抽真空至10—3pa，并加熱至1000-1200°C，保持30分鐘； 步驟3)維持反應(yīng)腔真空度在10—3pa，保持10分鐘，通入刻蝕氣體與載氣的混合氣體至1Kpa，保持3分鐘； 步驟4)向反應(yīng)腔通入所述混合氣體至l_120Kpa，并加熱至1300-1900°C，在該真空度和溫度下維持30分鐘后再次抽真空； 步驟5)保持所述步驟4)中的加熱溫度進行干式刻蝕，重復(fù)多次向反應(yīng)腔通入刻蝕氣體至l-120Kpa后抽真空至10—4pa，然后按照10-15°C/min的降溫速度將反應(yīng)腔降至室溫； 其中，步驟I)、步驟3)、步驟4)重復(fù)多次進入下一步驟。2.如權(quán)利要求1所述的采用干式刻蝕方法獲得碳化硅襯底的方法，其特征在于，所述刻蝕氣體為氯化氫、氨氣、娃燒或氫氣。3.如權(quán)利要求1所述的采用干式刻蝕方法獲得碳化硅襯底的方法，其特征在于，所述載氣為氮氣或惰性氣體。4.如權(quán)利要求1所述的采用干式刻蝕方法獲得碳化硅襯底的方法，其特征在于，所述混合氣體中刻蝕氣體的體積比為5%，載氣氣體的體積比為95%。5.如權(quán)利要求1所述的采用干式刻蝕方法獲得碳化硅襯底的方法，其特征在于，在所述步驟I)之前需要對碳化硅襯底進行清洗，以保證刻蝕過程中的表面一致性。
【專利摘要】本發(fā)明一種采用干式刻蝕方法獲得碳化硅襯底的方法，該方法包括如下步驟：1）將待處理的碳化硅單晶襯底置于反應(yīng)腔內(nèi)，對該反應(yīng)腔抽真空至10-5pa，保持10分鐘，然后通入刻蝕氣體至1-120Kpa，保持20分鐘；2）對反應(yīng)腔抽真空至10-3pa，并加熱至1000-1200℃，保持30分鐘；？3）維持反應(yīng)腔真空度在10-3pa，保持10分鐘，通入刻蝕氣體與載氣的混合氣體至10Kpa，保持3分鐘；4）通入混合氣體至1-120Kpa，并加熱至1300-1900℃，在該真空度和溫度下維持30分鐘后再次抽真空；5）保持加熱溫度進行干式刻蝕，重復(fù)多次向反應(yīng)腔通入刻蝕氣體至1-120Kpa后抽真空至10-4pa，然后按照10-15℃/min的降溫速度降至室溫。采用高溫、腐蝕性氣體去除機械加工過程中產(chǎn)生的加工損傷，從而獲得原子級的、無損傷超高精度晶片表面。
【IPC分類】H01L21/04
【公開號】CN105632901
【申請?zhí)枴緾N201610072249
【發(fā)明人】王錫銘
【申請人】北京華進創(chuàng)威電子有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月2日