SiC襯底同質(zhì)網(wǎng)狀生長Web Growth外延方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種SiC襯底同質(zhì)Web?Growth外延方法，方法包括：選取正軸4H或6H的原始SiC襯底；將原始SiC襯底進行顯影處理和干刻蝕工藝處理，處理為加工SiC襯底；利用外延爐對加工SiC襯底進行原位刻蝕；對加工SiC襯底進行同質(zhì)外延處理；加工SiC襯底在刻蝕圖形內(nèi)角處進行懸臂生長生成SiC外延片，生長出的懸臂為無缺陷的碳硅雙原子層結(jié)構(gòu)；生長出的懸臂愈合形成一層碳硅雙原子層薄膜覆蓋刻蝕臺面區(qū)域；從外延爐中取出生長好的SiC外延片。本發(fā)明SiC襯底同質(zhì)Web?Growth外延方法實現(xiàn)了在正軸碳化硅襯底最頂端的刻蝕臺面上外延薄的一層完全無缺陷的懸臂，并且有效縮短外延時間并提高薄膜生長面積。
【專利說明】SiC襯底同質(zhì)網(wǎng)狀生長Web Growth外延方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種碳化硅SiC襯底同質(zhì)網(wǎng)狀生長(Web Growth)外延方法
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅SiC作為寬禁帶半導(dǎo)體材料的代表之一，具有禁帶寬度大，擊穿電場高，熱導(dǎo)率大，電子飽和漂移速度高，抗輻射能力強和良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)越性質(zhì)，成為繼鍺、硅、砷化鎵之后制造新一代微電子器件和電路的關(guān)鍵半導(dǎo)體材料。SiC基的器件與同等條件下的Si基器件相比，可以承受高很多的電壓和微波功率，例如SiC MESFET的ft高達到12-15GHz ο
[0003]然而SiC內(nèi)存在著各種缺陷對器件性能產(chǎn)生嚴重影響。碳化硅襯底在同質(zhì)或異質(zhì)外延過程中通常會繼承這些缺陷。如何降低缺陷的影響成為目前研究的熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,提供一種SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法，可以在正軸碳化硅襯底最頂端的刻蝕臺面上外延薄的一層完全無缺陷的懸臂，并且有效縮短外延時間并提高薄膜生長面積。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法,所述方法包括:
[0006]步驟I，選取正軸4H或6H的原始SiC襯底；
[0007]步驟2，將所述原始SiC襯底進行顯影處理和干刻蝕工藝處理，處理為加工SiC襯底；所述SiC襯底成為臺面，刻蝕面積為所需制造器件的面積，刻蝕深度為5um到20um，所述臺面具有六個主軸；
[0008]步驟3，利用外延爐對所述加工SiC襯底進行原位刻蝕，清除所述加工SiC襯底的表面缺陷；
[0009]步驟4，升高所述外延爐溫度，對所述加工SiC襯底進行同質(zhì)外延處理；
[0010]步驟5，所述加工SiC襯底在刻蝕圖形內(nèi)角處進行懸臂生長生成SiC外延片，生長出的懸臂為無缺陷的碳硅雙原子層結(jié)構(gòu)；生長出的懸臂愈合形成一層碳硅雙原子層薄膜覆蓋刻蝕所述臺面區(qū)域；懸臂生長時間為20-40分鐘；
[0011]步驟6，從所述外延爐中取出生長好的所述SiC外延片。
[0012]所述臺面的六個主軸方向為(1-100)、(10-10)、(01-10)的同向晶向和反向晶向；刻蝕軸由內(nèi)向外變窄以使得所述主軸形成的夾角為64-68度；刻蝕的次軸距離所述主軸近的一側(cè)為(1-100)、(10-10)、(01-10)同向晶向和反向晶向，使所述主軸與所述次軸間形成凹槽距離由中心向外略增大；刻蝕的所述次軸離所述主軸遠的一側(cè)為近(1-100)、(10-10)、(01-10)同向晶向和反向晶向，以使得所述次軸與所述主軸間夾角同樣為64-68度。[0013]所述臺面間的凹槽均未(1-100)、(10-10)、(01-10)相同或相反的方向；所述臺面的刻蝕圖案內(nèi)側(cè)均為近(1-100)晶向。
[0014]所述步驟2之后還包括:步驟20，對刻蝕后的所述加工SiC襯底進行表面清洗。所述步驟20具體包括:將加工SiC襯底利用超聲進行清洗；利用堿性混合劑將所述加工SiC襯底在85度溫度下煮浴20分鐘，然后用去離子水沖洗；利用濃硫酸混合液將所述加工SiC襯底在85度溫度下煮浴20分鐘，然后用去離子水沖洗；利用酸性混合液將所述加工SiC襯底在85度溫度下浸泡20分鐘,然后用去離子水沖洗；利用5%的氫氟HF酸溶液將所述加工SiC襯底浸浴10分鐘，然后用熱去離子水和冷去離子水沖洗。
[0015]所述步驟3具體為:當所述外延爐真空度低于6X 10_7mbar時通入氫氣保持氣壓為IOOmbar并對外延爐加熱，當溫度達到1600度時氫氣開始對所述加工SiC襯底開始原位刻蝕，刻蝕時間保持5分鐘以去除所述加工SiC襯底上的表面缺陷。
[0016]所述步驟4具體為:將所述外延爐中的壓力控制在100_200mbar間，溫度保持在1600度，通入SiH4量為3ml/min，C3H8量為1.lml/min ;載氣氫氣量為4500ml/min，在高溫、低反應(yīng)源條件下進行同質(zhì)外延，表面成核過程被抑制。
[0017]所述步驟5之后還包括:當所述外延爐溫度降低到700°C以后，停止通入氫氣，并抽取真空到低于lX10_7mbar ;向所述外延爐通入流量為12L/min的IS氣,使長有碳化娃外延層的所述加工SiC襯底在氬氣環(huán)境下繼續(xù)冷卻。所述步驟6具體包括:緩慢提高所述外延爐氣壓到常壓，使所述加工SiC襯底自然冷卻至室溫，取出所述SiC外延片。
[0018]本發(fā)明SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法,實現(xiàn)了在正軸碳化娃襯底最頂端的刻蝕臺面上外延薄的一層完全無缺陷的懸臂，并且有效縮短外延時間并提高薄膜生長面積。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法實施例1的流程圖；
[0020]圖2為本發(fā)明SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法實施例2的流程圖；
[0021]圖3A為本發(fā)明使用的碳化硅刻蝕圖案之一；
[0022]圖3B為本發(fā)明使用的碳化硅刻蝕圖案之二。
【具體實施方式】
[0023]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0024]圖1為本發(fā)明SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法實施例1的流程圖，如圖所示，本實施例具體包括:
[0025]步驟101，選取正軸4H或6H的原始SiC襯底；
[0026]步驟102，將原始SiC襯底進行顯影處理和干刻蝕工藝處理，處理為加工SiC襯底；SiC襯底成為臺面，刻蝕面積為所需制造器件的面積，刻蝕深度為5um到20um，臺面具有六個主軸；
[0027]步驟103，利用外延爐對加工SiC襯底進行原位刻蝕，清除加工SiC襯底的表面缺陷；
[0028]步驟104，升高外延爐溫度，對加工SiC襯底進行同質(zhì)外延處理；
[0029]步驟105，加工SiC襯底在刻蝕圖形內(nèi)角處進行懸臂生長生成SiC外延片，生長出的懸臂為無缺陷的碳硅雙原子層結(jié)構(gòu)；生長出的懸臂愈合形成一層碳硅雙原子層薄膜覆蓋刻蝕臺面區(qū)域；懸臂生長時間為20-40分鐘；
[0030]步驟106，從外延爐中取出生長好的SiC外延片。
[0031]本發(fā)明SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法,實現(xiàn)了在正軸碳化娃襯底最頂端的刻蝕臺面上外延薄的一層完全無缺陷的懸臂，并且有效縮短外延時間并提高薄膜生長面積。
[0032]圖2為本發(fā)明SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法實施例2的流程圖，如圖所示，本實施例具體包括:
[0033]步驟201，選取正軸4H或6H的原始SiC襯底；
[0034]步驟202，將原始SiC襯底進行顯影處理和干刻蝕工藝處理，處理為加工SiC襯底；SiC襯底成為臺面，刻蝕面積為所需制造器件的面積，刻蝕深度為5um到20um，臺面具有六個主軸；
[0035]如圖3A和圖3B所示，臺面的六個主軸方向為(1-100)、(10-10)、(01-10)的同向晶向和反向晶向；刻蝕軸由內(nèi)向外變窄以使得主軸形成的夾角為64-68度；刻蝕的次軸距離主軸近的一側(cè)為(1-100 )、( I O-10 )、( O1-10 )同向晶向和反向晶向，使主軸與次軸間形成凹槽距離由中心向外略增大；刻蝕的次軸離主軸遠的一側(cè)為近(1-100)、(10-10)、(01-10)同向晶向和反向晶向，以使得次軸與主軸間夾角同樣為64-68度。依次類推，次次軸與次軸間夾角也為64-68度。
[0036]臺面間的凹槽均未(1-100)、(10-10)、(01-10)相同或相反的方向；臺面的刻蝕圖案內(nèi)側(cè)均為近(1-100)晶向。
[0037]步驟203，對刻蝕后的加工SiC襯底進行表面清洗；
[0038]具體包括如下步驟:
[0039]步驟2031，將加工SiC襯底利用超聲進行清洗；
[0040]具體為用適量丙酮超聲10分鐘,沖洗后,再用乙醇超聲10分鐘,沖洗后吹干；
[0041]步驟2032，利用堿性混合劑將加工SiC襯底在85度溫度下煮浴20分鐘，然后用去離子水沖洗；
[0042]具體就是利用三號液清洗，即濃堿性混合劑(NH4OH =H2O2,比例為1:2)在85度溫度下煮浴20分鐘，完成后，用去離子水(DI)沖洗5到6遍；
[0043]步驟2033，利用濃硫酸混合液將加工SiC襯底在85度溫度下煮浴20分鐘，然后用去離子水沖洗；
[0044]具體就是利用一號液清洗，即濃硫酸混合液(H2SO4 = H2O2 = H2O比例為1: 1:8)在85度溫度下煮浴20分鐘，完成后，用去離子水沖洗5到6遍；
[0045]步驟2034，利用酸性混合液將加工SiC襯底在85度溫度下浸泡20分鐘，然后用去離子水沖洗；
[0046]具體就是二號液清洗，即濃酸性混合液(HCl =H2O2:DI,比例為1:1:5)在85度溫度下浸泡20分鐘。完成后，用去離子水沖洗若干遍；
[0047]步驟2035，利用5%的氫氟HF酸溶液將加工SiC襯底浸浴10分鐘，然后用熱去離子水和冷去離子水沖洗；
[0048]具體就是利用HF酸去氧化。即用5%的HF酸溶液浸浴10分鐘，完成后,先后用熱去離子水和冷去離子水沖洗若干遍(一般和清洗樣品數(shù)目等同)。[0049]步驟2036，利用氮氣吹干加工SiC襯底。
[0050]步驟204，將加工SiC襯底放置到外延爐中，打開真空泵抽取反應(yīng)室的氣體，當外延爐真空度低于6X 10-7mbar時通入氫氣保持氣壓為IOOmbar并對外延爐加熱，當溫度達到1600度時氫氣開始對加工SiC襯底開始原位刻蝕，刻蝕時間保持5分鐘以去除加工SiC襯底上的表面缺陷；
[0051]步驟205，將外延爐中的壓力控制在100-200mbar間，溫度保持在1600度，通入SiH4量為3ml/min，C3H8量為1.lml/min ;載氣氫氣量為4500ml/min，在高溫、低反應(yīng)源條件下進行同質(zhì)外延，表面成核過程被抑制；
[0052]步驟206，加工SiC襯底在刻蝕圖形內(nèi)角處進行懸臂生長生成SiC外延片，生長出的懸臂為無缺陷的碳硅雙原子層結(jié)構(gòu)；生長出的懸臂愈合形成一層碳硅雙原子層薄膜覆蓋刻蝕臺面區(qū)域；懸臂生長時間為20-40分鐘；
[0053]步驟207，當外延爐溫度降低到700°C以后，停止通入氫氣，并抽取真空到低于I X 10_7mbar ；
[0054]具體的，當外延爐反應(yīng)室溫度降低到700°C以后，關(guān)閉通向反應(yīng)室的H2開關(guān)，將反應(yīng)室抽真空，直到氣壓低于I X 10-7mbar。
[0055]步驟208，向外延爐通入流量為12L/min的氬氣，使長有碳化硅外延層的加工SiC襯底在氬氣環(huán)境下繼續(xù)冷卻；
[0056]具體的，打開氬氣開關(guān)，向反應(yīng)室通入流量為12L/min的Ar，使長有碳化硅外延層的襯底在氬氣環(huán)境下繼續(xù)冷卻30min。
[0057]步驟209，緩慢提高外延爐氣壓到常壓，使加工SiC襯底自然冷卻至室溫，取出SiC外延片。
[0058]本發(fā)明SiC襯底同質(zhì)Web Growth外延方法,實現(xiàn)了在正軸碳化娃襯底最頂端的刻蝕臺面上外延薄的一層完全無缺陷的懸臂，并且有效縮短外延時間并提高薄膜生長面積。制備的碳硅雙原子層薄膜可有效隔斷襯底存在微管、螺旋錯位對后續(xù)外延的影響。為以后的同質(zhì)或異質(zhì)外延提供完美無缺陷的(0001)晶面。采用六角對稱刻蝕，可以同時在在SiC三個對稱晶向、六個方向上生長雙原子層懸臂。C、Si雙原子層生長的方向均為(1-100)、(10-10)、(01-10)相同或相反的方向。該六個晶向為原子表面遷移速率快的晶向?？梢蕴岣逤、Si雙原子層懸臂生長速率?？涛g圖案內(nèi)側(cè)均為近(1-100)晶向，臺面內(nèi)側(cè)形成角度約為64?68度，可以提高外延懸臂面積。
[0059]專業(yè)人員應(yīng)該還可以進一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng)認為超出本發(fā)明的范圍。
[0060]結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。[0061] 以上所述的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化娃SiC襯底同質(zhì)網(wǎng)狀生長Web Growth外延方法,其特征在于,所述方法包括: 步驟1，選取正軸4H或6H的原始SiC襯底； 步驟2，將所述原始SiC襯底進行顯影處理和干刻蝕工藝處理，處理為加工SiC襯底；所述SiC襯底成為臺面，刻蝕面積為所需制造器件的面積，刻蝕深度為5um到20um，所述臺面具有六個主軸； 步驟3，利用外延爐對所述加工SiC襯底進行原位刻蝕，清除所述加工SiC襯底的表面缺陷； 步驟4，升高所述外延爐溫度，對所述加工SiC襯底進行同質(zhì)外延處理； 步驟5，所述加工SiC襯底在刻蝕圖形內(nèi)角處進行懸臂生長生成SiC外延片，生長出的懸臂為無缺陷的碳硅雙原子層結(jié)構(gòu)；生長出的懸臂愈合形成一層碳硅雙原子層薄膜覆蓋刻蝕所述臺面區(qū)域；懸臂生長時間為20-40分鐘； 步驟6，從所述外延爐中取出生長好的所述SiC外延片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述臺面的六個主軸方向為(1-100)、(10-10)、(01-10)的同向晶向和反向晶向；刻蝕軸由內(nèi)向外變窄以使得所述主軸形成的夾角為64-68度；刻蝕的次軸距離所述主軸近的一側(cè)為(1-100)、(10-10)、(01-10)同向晶向和反向晶向，使所述主軸與所述次軸間形成凹槽距離由中心向外略增大；刻蝕的所述次軸離所述主軸遠的一側(cè)為近(1-100 )、( I O-10 )、( O1-10 )同向晶向和反向晶向，以使得所述次軸與所述主軸間夾角同樣為64-68度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述`方法，其特征在于，所述臺面間的凹槽均未(1-100)、(10-10)、(01-10)相同或相反的方向；所述臺面的刻蝕圖案內(nèi)側(cè)均為近(1-100)晶向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2之后還包括: 步驟20，對刻蝕后的所述加工SiC襯底進行表面清洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟20具體包括: 將加工SiC襯底利用超聲進行清洗； 利用堿性混合劑將所述加工SiC襯底在85度溫度下煮浴20分鐘，然后用去離子水沖洗； 利用濃硫酸混合液將所述加工SiC襯底在85度溫度下煮浴20分鐘，然后用去離子水沖洗； 利用酸性混合液將所述加工SiC襯底在85度溫度下浸泡20分鐘，然后用去離子水沖洗； 利用5%的氫氟HF酸溶液將所述加工SiC襯底浸浴10分鐘，然后用熱去離子水和冷去離子水沖洗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3具體為:當所述外延爐真空度低于6X 10_7mbar時通入氫氣保持氣壓為IOOmbar并對外延爐加熱，當溫度達到1600度時氫氣開始對所述加工SiC襯底開始原位刻蝕，刻蝕時間保持5分鐘以去除所述加工SiC襯底上的表面缺陷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4具體為:將所述外延爐中的壓力控制在100-200mbar間，溫度保持在1600度，通入SiH4量為3ml/min，C3H8量為1.1ml/min ;載氣氫氣量為4500ml/min，在高溫、低反應(yīng)源條件下進行同質(zhì)外延，表面成核過程被抑制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5之后還包括:當所述外延爐溫度降低到700°C以后，停止通入氫氣，并抽取真空到低于lX10-7mbar ； 向所述外延爐通入流量為12L/min的氬氣，使長有碳化硅外延層的所述加工SiC襯底在氬氣環(huán)境下繼續(xù)冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟6具體包括:緩慢提高所述外延爐氣壓到常壓，使所述加工SiC襯底自然冷卻至室溫，取出所述SiC外延片。
【文檔編號】H01L21/20GK103489759SQ201310404915
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】賈仁需, 辛斌, 宋慶文, 張藝蒙, 閆宏麗 申請人:西安電子科技大學