一种采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法

摘要

本发明一种采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法，该方法包括如下步骤：1）将待处理的碳化硅单晶衬底置于反应腔内，对该反应腔抽真空至10‑5pa，保持10分钟，然后通入刻蚀气体至1‑120Kpa，保持20分钟；2）对反应腔抽真空至10‑3pa，并加热至1000‑1200℃，保持30分钟；3）维持反应腔真空度在10‑3pa，保持10分钟，通入刻蚀气体与载气的混合气体至10Kpa，保持3分钟；4）通入混合气体至1‑120Kpa，并加热至1300‑1900℃，在该真空度和温度下维持30分钟后再次抽真空；5）保持加热温度进行干式刻蚀，重复多次向反应腔通入刻蚀气体至1‑120Kpa后抽真空至10‑4pa，然后按照10‑15℃/min的降温速度降至室温。采用高温、腐蚀性气体去除机械加工过程中产生的加工损伤，从而获得原子级的、无损伤超高精度晶片表面。

权利要求

1.一种采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法，该方法包括如下步骤：步骤1）将待处理的碳化硅单晶衬底置于反应腔内，对该反应腔抽真空至10-5pa，保持10分钟，然后通入刻蚀气体至1-120Kpa，保持20分钟；

步骤2）对反应腔抽真空至10-3pa，并加热至1000-1200℃，保持30分钟；

步骤3）维持反应腔真空度在10-3pa，保持10分钟，通入刻蚀气体与载气的混合气体至

10Kpa，保持3分钟；

步骤4）向反应腔通入所述混合气体至50Kpa，并加热至1300-1900℃，在该真空度和温度下维持30分钟后再次抽真空；

步骤5）保持所述步骤4）中的加热温度进行干式刻蚀，重复多次向反应腔通入刻蚀气体至1-120Kpa后抽真空至10-4pa，然后按照10-15℃/min的降温速度将反应腔降至室温；

其中，步骤1）、步骤3）、步骤4）重复多次进入下一步骤。

2.如权利 要求1所述的采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法，其特征在于，所述刻蚀气体为氯化氢、氨气、硅烷或氢气。

3.如权利 要求1所述的采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法，其特征在于，所述载气为氮气或惰性气体。

4.如权利 要求1所述的采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法，其特征在于，所述混合气体中刻蚀气体的体积比为5%，载气气体的体积比为95%。

5.如权利 要求1所述的采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法，其特征在于，在所述步骤1）之前需要对碳化硅衬底进行清洗，以保证刻蚀过程中的表面一致性。

说明书

一种采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及碳化硅（SiC）晶片表面加工处理领域，尤其是一种用干式刻蚀的方法对碳化硅（SiC）单晶衬底、晶片的进行表面处理技术方案。

背景技术

[0002] 碳化硅单晶衬底在电力电子领域、光电子领域有非常广泛的应用，应用的前提是在碳化硅单晶衬底表面通过外延生长的方式获得多种外延功能层。外延技术典型技术特征之一繁衍衬底晶格完整性。因而，为充分发挥材料性能，需要衬底，尤其是衬底外表面具有完美的晶格完整性和规矩的原子排列。

[0003] 目前，对于碳化硅的表面加工技术，多采用不同材质、及颗粒度的磨料（金刚石、碳化硼、氧化铈、氧化铝、氧化硅等）方式分步骤、过度式加工方式获得。同时，由于碳化硅的物理化学性质非常稳定，为获得保证各步骤的损伤在下道工序中被去除，往往需要辅以较大的加工压力才能保证其加工效果。采用类似传统工艺路线，加工后，衬底表面往往存在亚损伤，并且在外延，或器件应用时显现出来，影响材料使用性能。

[0004] 本技术方案提出，在特种真空反应腔内，在高温、特定刻蚀气体的氛围中，通过纯化学的方法，对碳化硅晶片表面采用干式刻蚀技术方案，从而保证获得具有原子级的、无损伤超高精度晶片表面。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用纯化学的干式刻蚀的方法，对碳化硅（SiC）单晶衬底、晶片的进行方法进行表面处理，采用高温、腐蚀性气体去除机械加工过程中产生的加工损伤，从而获得原子级的、无损伤超高精度晶片表面。

[0006] 为实现上述目的本发明一种采用干式刻蚀方法获得碳化硅衬底的方法，该方法包括如下步骤：

[0007] 步骤1）将待处理的碳化硅单晶衬底置于反应腔内，对该反应腔抽真空至10-5pa，保持10分钟，然后通入刻蚀气体至1-120Kpa，保持20分钟；

[0008] 步骤2）对反应腔抽真空至10-3pa，并加热至1000-1200℃，保持30分钟；

[0009] 步骤3）维持反应腔真空度在10-3pa，保持10分钟，通入刻蚀气体与载气的混合气体至10Kpa，保持3分钟；

[0010] 步骤4）向反应腔通入所述混合气体至1-120Kpa，并加热至1300-1900℃，在该真空度和温度下维持30分钟后再次抽真空；

[0011] 步骤5）保持所述步骤4）中的加热温度进行干式刻蚀，重复多次向反应腔通入刻蚀气体至1-120Kpa后抽真空至10-4pa，然后按照10-15℃/min的降温速度将反应腔降至室温；

[0012] 其中，步骤1）、步骤3）、步骤4）重复多次进入下一步骤。

[0013] 进一步，所述刻蚀气体为氯化氢、氨气、硅烷或氢气。

[0014] 进一步，所述载气为氮气或惰性气体。

[0015] 进一步，所述混合气体中刻蚀气体的体积比为5%，载气气体的体积比为95%。

[0016] 进一步，在所述步骤1）之前需要对碳化硅衬底进行清洗，以保证刻蚀过程中的表面一致性。

[0017] 本工艺方法中，关键参数包括刻蚀气体选择、刻蚀温度、工作压力、处理时间等，其中，刻蚀气体选用氯化氢、氨气、硅烷、氢气等；工作时的恒定刻蚀温度为1300-1900℃；工作时的恒定工艺压力为1Kpa-120Kpa；气体置换要求：为保证刻蚀气体的纯度，需要对反应腔体多次充入如高纯氩气、氮气等载气，用于稀释、置换反应腔内的氧气，避免产生与氧气产生化学反应，影响刻蚀效果；采用本工艺前，需要对碳化硅衬底进行清洗，以保证刻蚀过程中的表面一致性；执行刻蚀过程中，需要反复充、放气体。

附图说明

[0018] 图1为实施例1中刻蚀后表面粗糙度测试结果。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0020] 实施例1

[0021] 设计工艺温度1400±10℃，工艺压力为50Kpa，刻蚀气体选择为氯化氢（HCl）气体，具体为5%（体积比）氯化氢气体与95%（体积比）氩气的混合气体，按照本方法实施之前，需要将碳化硅衬底进行清洗，以保证刻蚀过程中的表面一致性。

[0022] 具体处理工艺路线为：

[0023] 步骤1）将待处理的碳化硅单晶衬底置于反应腔内，对该反应腔抽真空至10-5pa，保持10分钟，然后通入刻蚀气体至50Kpa，保持20分钟，重复该步骤2次；

[0024] 步骤2）对反应腔抽真空至10-3pa，并加热至1000-1200℃，保持30分钟；

[0025] 步骤3）维持反应腔真空度在10-3pa，保持10分钟，通入刻蚀气体与载气的混合气体至10Kpa，混合气体中5%（体积比）为氯化氢气体与95%（体积比）为氩气，保持3分钟，重复该步骤2次；

[0026] 步骤4）向反应腔通入混合气体至50Kpa，并加热至1400℃，并通过校准过的红外测温仪对该温度进行测试，确保温度为1400±10℃，在该真空度和温度下维持30分钟后再次抽真空，重复该步骤3次；

[0027] 步骤5）保持反应腔1400℃进行干式刻蚀，向反应腔通入刻蚀气体至1-120Kpa后抽真空至10-4pa，重复5次后按照10-15℃/min的降温速度将反应腔降至室温。

[0028] 对加工后的碳化硅衬底进行AFM（原子力显微镜）测试，如图1，结果显示，通过轻刻蚀工艺，可以获得粗糙度满足外延使用要求的表面。

[0029] 上述示例只是用于说明本发明，本发明的实施方式并不限于这些示例，本领域技术人员所做出的符合本发明思想的各种具体实施方式都在本发明的保护范围之内。