一种SiC单晶平整度的调整方法—湿法刻蚀技术

本发明专利技术提供了一种通过湿法刻蚀改善晶体表面和平整度的方法。该方法通过碳化硅单晶的清洗、预热、吹氧刻蚀等方法，实现单晶碳化硅表面点、线、面缺陷的去除，最大限度消除晶片表面缺陷、应力和损伤层，从而碳化硅晶片的平整度能够调整到TTV＜0.5微米(μm)、Bow＜0.1μm?Warp＜0.1μm，最终获得高质量的单晶碳化硅晶片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳化硅单晶表面及体参数的调整方法，特别是涉及一种碳化硅单晶晶片表面及平整度的调整方法。
技术介绍
单晶碳化硅作为宽禁带半导体，具有高热导率、高饱和电子漂移速率等特点。随着高速、高频无线电技术日益增长的需要，宽带隙半导体越来越受到人们的关注，这种半导体器件能够满足普通硅基半导体所不能满足的诸多优点，例如能够在更高功率水平、更高温度和更加恶劣的环境下工作。事实上在此基础上制造的金属半导体场效应管和金属氧化物半导体场效应管等均已实现。因此获得高质量的碳化硅衬底材料显得越来越重要。这里所说的高质量，不仅仅是指晶体本身质量，尤为重要的是碳化硅单晶表面的高质量和优良的平整度参数的获得。这不仅是器件制备的需要，也是外延生长薄膜或体单晶的需要。事实上，外延生长对衬底的依赖性很强，当晶片弯曲或表面起伏较大时，将会严重影响薄膜质量。即使是作为籽晶时，生长出来的体单晶材料也会受到衬底表面缺陷、应力和衬底平整度的严重影响，衬底上的所有缺陷，一般会被原样复制到新的外延材料中。这类缺陷不仅会引起漏电现象，还会显著降低电子迁移率。为了获得高质量的薄膜和体单晶，就有必要先去除SiC单晶衬底的缺陷。事实上， 迄今为止，现有的处理高质量碳化硅衬底的方法都是采用干法腐蚀；湿法腐蚀方法主要用来显现或放大晶体表面缺陷，以便对缺陷进行观察研究。其中湿腐蚀法也称熔盐法，是利用熔融的盐类，诸如氢氧化钾(KOH)等进行腐蚀的方法。已有的湿法腐蚀方法存在以下缺陷DKOH液面不宜过高，如果KOH量较大时，需要长时间静置，否则得到的晶片划痕较深，而平整度却无改善。这就限制了碳化硅晶片的批量处理能力。这是因为静置过程中水蒸气的去除速度较慢，而空气中的氧气扩散进入熔盐内部的时间较长。2)晶片表面易出现划痕；这是由于晶片腐蚀过程中，有过量碳剩余，导致低能面不能顺利暴露，而能量集中区域(高能区域)容易被侵蚀。3)晶片背面易变黑，导致晶片质量下降。这是由于碳面较之硅面来说易受到熔盐侵蚀，对于KOH来说，一般碳面侵蚀速度是硅面的5倍。因此碳面在侵蚀过程中，剩余碳的沉积速度比之硅面要快得多。因此如何克服以上缺陷，并快速获得高质量碳化硅衬底是本专利技术要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种快速、高质量地处理碳化硅单晶晶片的方法。按照这一方法， 可以有效获得高质量碳化硅晶片，且工艺简单高效，晶片表面粗糙度(RMS)小于0.5纳米， Warp、Bow和TTV等在10秒钟内下降超过50%。本专利技术所采用的氢氧化钾(KOH) +氢氧化钠(NaOH)熔盐吹氧法完全克服了传统湿法腐蚀的缺陷，不但熔盐液面可以无限深，且晶片表面几乎不会引入新的缺陷，并且本专利技术采用了强化吹氧，使得碳面变黑的现象也得以克服。晶片质量得到大幅度改善。晶片平整度得以大幅度改善。本专利技术系统阐述了一种获得高质量晶片的方法，该方法不但能够快速获得高质量表面，还可以快速高效地调整晶片的面型，如Warp、Bow和TTV等。通过本方法获得的碳化硅晶片不但表面可以获得完全无损伤层的碳化硅表面，可以外延高质量的薄膜，而且方法简单，处理时间短，成本低廉。有利于形成规模化。具体包括如下步骤(1)将研磨、抛光清洗后的碳化硅晶片在真空或在氮气气氛中保存。(2)将干净的碳化硅晶片置于加热炉中预热，每隔50°C等温30秒，直到200°C 500°C，并能够迅速转移到保温室中静置；(3)清洗可以耐高温、耐腐蚀的坩埚(如三氧化二铝干锅等)，在300°C烘烤0 24小时，置于加热炉上保温。迅速升温到200°C 500°C，保温30分钟，将氢氧化钾和氢氧化钠混合剂置于干锅中，升温到200°C 900°C，保温直到所有试剂融化成熔融液态。并继续保温0 60分钟。(4)向上述坩埚中预吹氧，吹入的氧气搅拌熔融的氢氧化钾和氢氧化钠混合熔盐， 吹气量随坩埚大小调节，一般5升坩埚吹入氧气量不大于10标准立方升每分钟；以此类推， 可以得到任意容量的坩埚吹气量。预吹氧气时间一般不大于200小时，在该段时间内，可以实现熔盐温度的均勻化和脱除过量的水分。(5)将保温室中的碳化硅单晶晶片再次放入预热炉中预热，一般预热温度不大于实际工作温度的两倍，将预热后的晶片迅速转移到坩埚中；(6)坩埚中的熔盐液面应淹没晶片；随后视坩埚大小和晶片数量调节吹氧量，直到吹入的氧气能够搅动熔池，使得熔盐和全部晶片的反应能够均勻进行；同时维持温度不变，等温到损伤层完全去除，取出晶片，清洗后晾干。其中所述研磨、抛光的晶片，是指通过机械研磨和抛光，达到了要求的晶片厚度和表面质量的碳化硅单晶晶片；根据不同加工精度和厚度的要求，可以选择最终要经过化学机械抛光或不经过抛光，这样得到的晶片，由于表面粗糙度和应力状态不同，表面质量、弯曲度和翘曲度均不同，为了获得预期的高质量表面和较低的弯曲、翘曲度，人们一般选择也仅能选择干法刻蚀，在此我们进一步发展了湿法刻蚀，这一简单高效的方法，突破了调节单晶表面质量和弯曲、翘曲仅能通过干法刻蚀的瓶颈，实际上，干法刻蚀往往工艺较复杂，设备及成本要求较高，效率较差，如表面等离子体刻蚀、电子回旋加速器刻蚀等。其中所述清洗是去除碳化硅单晶晶片表面吸附的大颗粒杂质，这些杂质在双面研磨过程中影响碳化硅单晶晶片表面的质量，或引起不必要的划伤等。其中所述碳化硅晶片在加热炉中的预热，是指碳化硅单晶晶片放置于加热炉中， 碳化硅单晶晶片放置于坩埚架上，按照编号依次排放，在炉中受加热气氛均勻加热。预热过程中，为了使得晶片加热过程热震较小，晶体不至在加热过程中损毁，加热过程采用逐次等温的方式，渐次加热；一般在小于200°C时，每隔50°C，等温30秒，当温度大于200°C时，每过100°C等温30秒。等温后的晶片在温度均勻化后送入熔盐中处理，出货要求不同时，处理时间不同。 一般来说，不同晶型、不同掺杂及不同尺寸等都对处理时间有不同程度的影响，应该指出的是，当氢氧化钾和氢氧化钠及其它掺成分的比例不同对处理时间的影响尤其明显，甚至对 “允许处理时间”的限制也是不同的。在此，处理时间的限制是指在处理时间内，以不降低晶片表面质量为准的；当晶型不同时，处理时间可以略有不同；而不同掺杂时，处理时间影响较大，一般掺V、B等的晶片， 处理时间要相应延长50%的时间。尺寸增加时，处理时间应该相应延长，否则TTV、Bow及 Warp等的改善量难以达到要求。尤其值得注意的是，处理时间在多数情况下士有上限，当超出时间上限时，晶片表面会出现划痕、坑点等缺陷。改变熔盐中各个成分的配比量，会直接影响处理上限的时间，甚至处理上限时间能够延长到几十小时，处理后的晶片表面完全消除损伤层，表面粗糙度可达0. 2nm以下，表面弯曲度和翘曲度可降低到0. 1微米以下。附图说明图1为未刻蚀的6H掺氮的碳化硅SiC (0001)硅面机械化学抛光(CMP)后的照片；图2为实施例1中掺氮2英寸6H_SiC(0001)硅面湿法刻蚀处理前后的表面平整度表征图；图3为实施例1中掺氮2英寸6H_SiC(0001)硅面湿法刻蚀处理后的表面形貌。图4为实施例2中掺钒半绝缘2英寸4H_SiC(0001)硅面抛光后的表面形貌；图5为实施例2中掺钒半绝缘2英寸4H_SiC(0001)硅面湿法处理后的表面形貌；图6为实施例2中掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小龙，黄青松，王波，王锡铭，李龙远，郑红军，郭钰，
申请(专利权)人：北京天科合达蓝光半导体有限公司，中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：