[發(fā)明專利]一種碳化硅表面處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410072719.6
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN104882365B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭麗偉;蘆偉;賈玉萍;郭鈺;李治林;陳小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11280
• 代理人: 王勇,王博

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅表面處理方法，尤其涉及一種用于刻蝕碳化硅晶片表面的方法。

背景技術(shù)

碳化硅是受到廣泛關(guān)注的寬帶隙半導(dǎo)體材料之一，具有密度低，禁帶寬度大，擊穿電壓高，熱穩(wěn)定性好，頻率響應(yīng)特性優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是制作高頻、高壓、高功率器件和藍(lán)光發(fā)光二極管的理想襯底材料。近年來，隨著石墨烯研究的興起，利用碳化硅外延石墨烯成為最有希望實現(xiàn)石墨烯電子器件應(yīng)用的方法之一。

作為同質(zhì)或異質(zhì)外延襯底的碳化硅晶片通常采用機(jī)械法對晶體進(jìn)行切割，并經(jīng)過機(jī)械和化學(xué)拋光而成，如圖1所示，碳化硅晶片的表面通常被損傷，遍布由機(jī)械拋光造成的劃痕。而要在碳化硅晶片表面上制備出具有優(yōu)良性能的外延材料，則需要刻蝕碳化硅晶片表面，以去除表面上的這些劃痕，使表面具有原子級有序的表面形貌，這有利于高質(zhì)量外延材料的生長。但由于碳化硅優(yōu)異的物理、化學(xué)穩(wěn)定性，其只有在高溫條件下才能被有效刻蝕，因此在硅材料中積累的晶片刻蝕技術(shù)難以應(yīng)用于碳化硅。

常用的碳化硅晶片刻蝕技術(shù)包括：1.濕法刻蝕，在小于1000℃的熔融堿或鹽中腐蝕碳化硅（J.Vac.Sci.Technol.A4,590(1986)）；2.干法刻蝕，使用氫氣、含鹵族元素氣體或混合氣體在高于1000℃下刻蝕（Surf.Sci.602,2936(2008),Phys.Rev.Lett.76,3412(2000)）；或使用硅烷等含Si的氣氛在1600～2200℃刻蝕碳化硅（Mater.Sci.Forum717-720,573(2012)，J.Cryst.Growth380,61(2013)）。

其中濕法刻蝕具有去除效率高，操作簡單，成本低的優(yōu)勢，但可控性差，會在表面產(chǎn)生腐蝕坑和難以去除的雜質(zhì)。而一般的干法刻蝕雖然可控性好、基片表面清潔，但是使用成本高、氣體腐蝕性強(qiáng)、對設(shè)備要求高。同時上述兩種技術(shù)對C面碳化硅的刻蝕，在大尺寸范圍上效果不盡如人意。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于碳化硅的表面處理方法。

本發(fā)明提供了一種用于碳化硅的表面處理方法，包括：

1）將碳化硅粉末以及具有待處理表面的碳化硅晶體放置在真空腔中；

2）使所述碳化硅粉末被加熱至第一溫度以使其分解從而形成富Si氣氛，至少使所述碳化硅晶體的所述待處理表面位于所述富Si氣氛中，并使所述碳化硅晶體被加熱至第二溫度，以使所述碳化硅晶體的所述待處理表面與所述富Si氣氛發(fā)生刻蝕反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述第一溫度在1000℃與2000℃之間，所述第二溫度在1000℃與2000℃之間。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述第一溫度大于等于所述第二溫度，所述第一溫度與所述第二溫度之間的差小于500℃。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中發(fā)生刻蝕反應(yīng)時，所述真空腔內(nèi)的氣壓小于10⁴Pa。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中發(fā)生刻蝕反應(yīng)時，所述真空腔的氣壓為10^-4Pa至10Pa之間。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中所述碳化硅粉末的平均粒徑小于1毫米。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中對所述碳化硅粉末的加熱由第一加熱器完成，對所述碳化硅晶體的加熱由第二加熱器完成，所述第一、第二加熱器的溫度可相互獨(dú)立地控制。

根據(jù)本發(fā)明提供的方法，其中對所述碳化硅粉末的加熱和對所述碳化硅晶體的加熱由同一加熱器完成，所述碳化硅粉末與所述碳化硅晶體放置在所述加熱器的兩個溫度相同或不同的溫區(qū)中。

本發(fā)明提供的方法對任意取向的碳化硅晶片均能刻蝕出大面積、接近完美的、排列有序的臺階形貌，且簡單易行、成本低、可控性好，不會引入外來雜質(zhì)的污染。

附圖說明

以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步說明，其中：

圖1示出了碳化硅晶片表面的機(jī)械劃痕；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1提供的方法的過程示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1提供的方法所處理的晶片表面的AFM形貌像；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例2提供的方法所處理的晶片表面的AFM形貌像；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例3提供的方法的過程示意圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例3提供的方法所處理的晶片表面的AFM形貌像；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例4提供的方法的過程示意圖；