專利名稱：用于在sic薄膜上外延生長適用表面的處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及用于微電子和/或光電應(yīng)用的半導(dǎo)體材料的處理。
特別的是，它涉及一種制備厚度在1nm(納米)或幾十納米到100nm或者數(shù)百nm例如400nm或500nm范圍中的薄膜的表面。
特別的是，本發(fā)明涉及用于在其上執(zhí)行外延生長的單晶碳化硅膜。
背景技術(shù)：
該膜可以是被轉(zhuǎn)移到另外的材料(覆蓋有氧化物或者其它膜，如沉積氧化物、氮化物等的硅、單晶或者多晶SiC等)上的碳化硅膜。
特別的是，本發(fā)明可以應(yīng)用到SIC襯底，例如多種類型的4H SiC襯底，所述SIC襯底被用于以制造電子電源元件為目的的外延生長。
為獲得高質(zhì)量的外延生長，初始表面必須沒有缺陷，并且必須盡可能地光滑。
薄層轉(zhuǎn)移方法是已知的，特別是用于轉(zhuǎn)移薄的SiC膜的方法，并且已知作為“智能剝離(smart-cut)”方法(或襯底斷裂方法)；例如在A.J.AubertonHervéet al的題目為“why can Smart-Cut changethe future of microelectronics？”的文章中所描述的，該文章位于國際期刊High Speed Electronics and System 2000年第1期第10卷第131-146頁。斷裂后，該方法留下大約5nm rms(均方根)的粗糙度，這與外延生長不是非常一致。
必須通過應(yīng)用熱氧化類型處理(已知為退火處理)和/或離子蝕刻來將該粗糙度降低到大約1nm到2nm rms。然而，那些技術(shù)不能產(chǎn)生理想的最終粗糙度(0.1到0.2nm rms)。
因為熱SiC氧化作用非常慢，尤其在硅表面上，因此退火步驟不會消耗充分的材料以顯著降低粗糙度。
另外，SiC的化學(xué)-機(jī)械研磨(CMP)難以執(zhí)行，因為研磨表面的化學(xué)反應(yīng)性與例如硅的材料相比要低一些。另外，研磨速率非常低，為每小時10nm的數(shù)量級，與用于硅研磨的每分鐘50nm不同。
另外，SiC的機(jī)械硬度非常高，并且已知用于研磨硅的“金剛石”磨料或者某些磨料的使用可能導(dǎo)致劃痕。
因此，能夠產(chǎn)生足夠高的研磨速率而不會產(chǎn)生所述的劃痕和缺陷的磨料是難以使用的。因此，SiC研磨方法經(jīng)常過于漫長(數(shù)小時)，并且基于金剛石微粒的磨料不能產(chǎn)生小于1nm rms的粗糙度。
因為這兩個原因，SiC研磨技術(shù)是非常特殊的。目前，幾乎沒有SiC襯底研磨方法是已知的。
美國文獻(xiàn)US-A-5 895 583描述了一種連續(xù)研磨方法對于去除由每個研磨步驟產(chǎn)生的加工硬化區(qū)域，數(shù)個步驟是必需的。該方法使用基于具有減小的直徑的含金剛石的微粒的磨料。
2002年8月2日提交的法國專利申請No.02/09869描述了一種利用磨料(金剛石/二氧化硅)的混合物的方法，該方法能夠產(chǎn)生與分子成鍵相一致的粗糙度。
除了研磨，還存在其它技術(shù)能夠產(chǎn)生低的粗糙度其多數(shù)是基于利用來自等離子區(qū)(反應(yīng)離子蝕刻，RIE)或者射束(例如氣體叢離子束)的離子轟擊該表面，US-2002 0014407中描述了這樣一種技術(shù)。那些技術(shù)主要考慮研磨速率，但是表面狀況對于外延生長經(jīng)常過于粗糙，并且特別是該表面不能修勻。
因此，在發(fā)展處理或者制備膜特別是碳化硅膜的表面的新方法方面存在一個問題。
另外一個問題是要發(fā)明一種處理膜特別是碳化硅膜的方法，該方法能夠產(chǎn)生低的粗糙度，和/或能夠產(chǎn)生足夠的研磨速率，同時不會產(chǎn)生劃痕或者缺陷。
還存在另外一個問題，即發(fā)展一種處理膜特別是碳化硅膜的方法，該方法能夠產(chǎn)生與外延生長相一致的低的粗糙度，優(yōu)選小于15埃()或者10rms或者5rms或者1rms。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制備材料的晶片的表面的方法，該方法包括在氧化氣氛中退火的步驟；利用基于膠質(zhì)二氧化硅的微粒的磨料進(jìn)行研磨的步驟。
這兩個步驟的組合能夠產(chǎn)生令人滿意的表面狀況，特別是在碳化硅的情況中。
該退火步驟能夠產(chǎn)生小于或等于20rms量級的粗糙度。例如，它能夠在1100℃到1300℃的范圍中的溫度執(zhí)行1.5小時(h)到2.5小時范圍中的時間間隔。
所述退火步驟之后，可以執(zhí)行表面脫氧步驟，例如利用化學(xué)制劑如氫氟酸的類型的脫氧步驟。在離子蝕刻的情況中，RCA(SC1、SC2)類型的化學(xué)清洗步驟可以在該退火步驟之后執(zhí)行。
研磨例如利用膠質(zhì)SYTON W30類型膠質(zhì)二氧化硅并且利用以在10圈每分鐘(rpm)到100rpm范圍中的速度旋轉(zhuǎn)的研磨頭來執(zhí)行。
研磨之后，可以執(zhí)行化學(xué)清洗步驟，例如利用氫氟酸。
最后，可以執(zhí)行離子蝕刻步驟，例如在退火步驟之前。


圖1A和1B是研磨設(shè)備的圖示。
具體實施例方式
下面描述了一個實施例，涉及SiC膜的硅表面。應(yīng)當(dāng)回想起SiC是極性物質(zhì)，并且因此包括由不同的原子構(gòu)成的兩個表面(硅表面和碳表面)。
所述薄膜例如通過襯底斷裂方法(“智能剝離”)獲得，例如通過上述A.J.Aubertonhervéet al的文章所描述的。
首先，在氧化氣氛中在所述薄膜上執(zhí)行熱處理，例如在100℃或1150℃到1300℃的范圍中的溫度持續(xù)1小時到3小時范圍中的時間間隔。在氧化氣氛中的這種退火步驟能夠產(chǎn)生2nm rms數(shù)量級的粗糙度。一種用于執(zhí)行所述退火步驟的裝置的一個實例在“Thermal and Dopant Processes”，Chapter 4，AdvancedSemiconductor Fabrication Handbook，ICE，1998中進(jìn)行了描述。
該處理過的表面可以通過化學(xué)腐蝕來進(jìn)行脫氧，例如利用10％的氫氟酸。
隨后，執(zhí)行CMP(化學(xué)-機(jī)械研磨)，例如利用IC1000墊(由RODEL分布，壓縮率＝3％)和基于膠質(zhì)二氧化硅SYTON W30(或硅溶膠)類型的微粒(pH＝10.2，粘度＝2兆帕斯卡·秒(mPs·s)，平均微粒尺寸＝125mm，包括30％重量的SiO2)。
圖1A示出了研磨頭10，待研磨的襯底12被插入到所述研磨頭10中。圖1B示出了所述研磨頭、待研磨的襯底12、還有板16以及研磨墊14。液態(tài)磨料被注射到所述研磨頭10中，例如通過側(cè)面導(dǎo)管18。壓力20和由箭頭22表示的運(yùn)動被應(yīng)用到研磨頭10以執(zhí)行研磨。
可選的是，利用氫氟酸的化學(xué)清洗可防止所述表面上的磨料的結(jié)晶。
這樣的方法可以產(chǎn)生這樣的表面，其具有的粗糙度能夠使它被用于高質(zhì)量的同質(zhì)外延生長(SiC外延生長上的SiC)，并且可選的是，也可以用于異質(zhì)外延生長(SiC上的AlN，AlGaN或GaN)。
在涉及4H類型SiC的薄膜(通過“智能剝離”方法獲得)的實例中退火步驟在氧化氣氛中執(zhí)行(例如在1150℃持續(xù)2小時)，之后是在10％的HF中的表面脫氧。
之后利用CMP研磨所述表面。研磨是在下面的條件之下執(zhí)行 利用旋轉(zhuǎn)的研磨板，研磨頭被施加到所述研磨板上，所述研磨頭同樣旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為60rpm的量級(該轉(zhuǎn)速可以在10rpm到100rpm的范圍中)；0.75巴的壓力(該壓力可在0.1巴到1巴的范圍中)被施加到所述研磨頭； 所使用的墊為由RODEL分布的“堅硬”類型的IC1000墊，具有SYTON W30類型的膠質(zhì)二氧化硅的漿料。
研磨時間為15分鐘(最小值)到30分鐘。
經(jīng)過研磨后獲得的粗糙度為3rms的量級。
最終的清洗利用具有10％氫氟酸的去電離水浸泡執(zhí)行10分鐘。
下面的表I概括了在不同條件下獲得的用于薄的SiC膜的結(jié)果。

表I在表中，列I指示出試驗編號，并且列II示出了在CMP研磨之前執(zhí)行的處理的特征。試驗2和3經(jīng)歷了離子蝕刻，之后是在1150℃退火2小時；對于試驗n°5，所述處理為在1150℃退火2小時，之后是離子蝕刻。
對于試驗4、6以及8到10，僅執(zhí)行在1150℃退火2小時。
列III給出了用于執(zhí)行CMP研磨的條件時間、轉(zhuǎn)速、施加的壓力。
列IV示出了所述墊和磨料混合物的特征。
列V示出了在5微米(μm)×5μm的表面積上的粗糙度測量。
任何的注釋被示于列VI中。
該表顯示出了之后是研磨的退火步驟的組合可以將初始膜的粗糙度基本降低到小于2nm rms(試驗3-5和7-11)、1.5nm(試驗3-5、8-11)、1nm rms(試驗3、8-11)、0.5nm rms(試驗8-11)或者0.1nm rms(試驗11)。
因此，本發(fā)明能夠產(chǎn)生這樣的碳化硅膜，即其具有的粗糙度小于2nm rms、小于1nm rms、小于0.5nm rms或者小于0.1nm rms。
例如在試驗n°3中，先前的離子蝕刻的使用同樣改善了這個結(jié)果。
最好的結(jié)果看起來是利用IC1000墊并且利用Syton W30磨料溶液獲得的。
表II示出了關(guān)于試驗n°10和11的更加詳細(xì)的條件。
試驗n°10利用“S107”板執(zhí)行，而試驗n°11利用“S126”板執(zhí)行。
表II比較了利用板S126和S107的粗糙度。
執(zhí)行了兩種類型的測量掃描特定的表面積(列S，以平方微米(μm2)表示的表面積)，以及點(diǎn)測量(列B，以μm×μm表示的表面測量)。
最后三列以埃示出作為均方根值(rms)的粗糙度，平均粗糙度(Ra)，以及最大粗糙度(Rmax)。
表1中示出的對于試驗10和11的值分別對應(yīng)于在表II的第三和第七行中所示的那些值(rms列)。

表II在這些表中所示的結(jié)果表示本發(fā)明的方法能夠利用快速技術(shù)產(chǎn)生適用于在薄的SiC膜上外延生長(“外延生長適用(epiready)”)的表面，該方法使用了在微電子中標(biāo)準(zhǔn)的步驟和設(shè)備。SiC表面越光滑并且它的粗糙度越低，該外延生長的質(zhì)量越好，這可以基本上提高在薄膜上制造的電子元件的產(chǎn)量。
本發(fā)明的表面制備方法包括退火步驟，之后是研磨，該方法因此能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的不粗糙的并且光滑的表面。
多種類型的4H SiC襯底的實例已經(jīng)給出，但是本發(fā)明同樣可以應(yīng)用到多種類型的6H或者3C SiC襯底。
權(quán)利要求
1.一種制備碳化硅的晶片的表面的方法，該方法包括在氧化氣氛中退火的步驟，從而降低晶片表面的粗糙度；利用基于膠質(zhì)二氧化硅的微粒的磨料研磨的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火步驟在1000℃到1300℃范圍中的溫度執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述退火步驟執(zhí)行1小時到2.5小時的范圍中的時間間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，還包括在所述退火步驟之后的所述表面的脫氧步驟或者在離子蝕刻的情況中RCA(SC1，SC2)類型的化學(xué)清洗步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述脫氧步驟在氫氟酸中執(zhí)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，在研磨之后，執(zhí)行化學(xué)清洗步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述清洗步驟使用氫氟酸。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述材料為半導(dǎo)體材料。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，研磨利用SYTON W30類型的膠質(zhì)二氧化硅執(zhí)行。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，研磨利用研磨頭執(zhí)行，所述研磨頭以10rpm到100rpm范圍中的速度旋轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在0.1巴到1巴范圍中的壓力被施加到所述研磨頭。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，研磨執(zhí)行15分鐘到30分鐘范圍中的時間間隔。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，研磨利用IC1000類型的研磨墊執(zhí)行。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，還包括離子蝕刻步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備用于微電子和/或光電應(yīng)用的半導(dǎo)體材料的晶片的方法。該方法包括在氧化氣氛中對所述材料退火的步驟以及利用基于膠質(zhì)二氧化硅的微粒的磨料進(jìn)行研磨的步驟。該研磨步驟可利用研磨頭(10)執(zhí)行，所述半導(dǎo)體材料襯底(12)被插入到所述研磨頭(10)中。所述液態(tài)磨料被注射到所述研磨頭中，例如通過側(cè)面導(dǎo)管(18)。壓力(20)和由箭頭(22)表示的運(yùn)動被施加到所述研磨頭(10)以緊靠研磨墊(14)執(zhí)行研磨。這兩個步驟的組合產(chǎn)生了令人滿意的表面狀況，特別是在碳化硅的情況中。
文檔編號B24B37/04GK1826210SQ200480020999
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者克萊爾·里什塔爾奇 申請人:硅絕緣技術(shù)公司