一種碳化硅表面清潔方法
【專利摘要】一種碳化硅表面清潔方法。提供了一種方便清潔、降低表面消耗，操作可靠性高的碳化硅表面清潔方法。包括以下步驟：S1：在碳化硅具有雜質(zhì)的表面沉積一層固體物質(zhì)；S2：將固體物質(zhì)與碳化硅表面物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，形成反應(yīng)層；S3：去除反應(yīng)層以及反應(yīng)層上剩余的固體物質(zhì)；S4：清潔完成。本發(fā)明在工作中，與碳化硅緊密接觸的固體材料，在高溫下，短時(shí)間內(nèi)與碳化硅材料（以及其表面雜質(zhì)污染物質(zhì)）反應(yīng)，形成化合物，并且可以被這種固體材料以及其化合物對(duì)應(yīng)的濕法腐蝕工藝去除，留下干凈新鮮的理想碳化硅表面。
【專利說明】
一種碳化娃表面清潔方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及碳化硅加工領(lǐng)域，尤其涉及碳化硅的表面清潔方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅是一種新的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大，材料耐受場(chǎng)強(qiáng)大，導(dǎo)熱性好等突出優(yōu)勢(shì)。以之為器件材料的產(chǎn)品，被認(rèn)為將在高壓高頻高溫高功率等級(jí)的電力電子，微波射頻，光電探測(cè)等領(lǐng)域代替現(xiàn)有的硅材料產(chǎn)品，稱為一個(gè)可觀規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，策劃。同時(shí)碳化硅還是高端藍(lán)光LED照明發(fā)光器件的襯底材料。近年來，碳化硅半導(dǎo)體材料和器件技術(shù)取得很大進(jìn)步，產(chǎn)品的性能得到提高，市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。
[0003]但是與硅對(duì)比，獨(dú)特的材料特性也給碳化硅材料器件的加工工藝帶來很大挑戰(zhàn)。
[0004]眾所周知，硅能取得在集成電路和其他半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)材料地位，很大程度上是因?yàn)槠溲趸匦?。硅的氧化機(jī)制非常清晰，遵從著名的Deal-Grove模型。其氧化產(chǎn)物二氧化硅膜成分均一，結(jié)構(gòu)致密，是優(yōu)良的柵介質(zhì)。同時(shí)硅/ 二氧化硅界面也非常理想。這是整個(gè)硅集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，引發(fā)工業(yè)技術(shù)革命，改變?nèi)祟惿畹幕?br>[0005]在標(biāo)準(zhǔn)的主流硅半導(dǎo)體工藝流程中，硅氧化有三個(gè)主要應(yīng)用，就是所謂柵氧，場(chǎng)氧和犧牲氧。而碳化硅材料的優(yōu)越性，除了前面提到的之外，還包括了其氧化機(jī)制類似，固體產(chǎn)物也是二氧化硅。因此，人們?cè)?jīng)期望可以簡(jiǎn)單移植利用硅器件的氧化工藝。然而，由于其氧化速率低，同時(shí)還有碳元素的影響，碳化硅的氧化在上述三個(gè)方面都遇到極大困難:
一:其中由于氧化速率低，場(chǎng)氧基本不可能；
二:碳化硅柵氧的二氧化硅薄膜性質(zhì)不如硅上柵氧，與下面碳化硅的界面性質(zhì)也有很大問題，成為碳化娃Mosfet的核心技術(shù)困難和關(guān)鍵。由于碳化娃Mosfet驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)層面最容易替代現(xiàn)有硅IGBT，因此吸引了最多的工業(yè)研發(fā)資源。碳化硅Mosfet的核心技術(shù)困難和關(guān)鍵，也就是整個(gè)碳化硅電力電子器件產(chǎn)業(yè)的的核心技術(shù)困難和關(guān)鍵；
三:碳化硅的犧牲氧，實(shí)際上也是無法完成硅犧牲氧的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)以上問題，提供了一種方便清潔、降低表面消耗，操作可靠性高的碳化硅表面清潔方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:包括以下步驟:
S1:在碳化娃具有雜質(zhì)的表面沉積一層固體物質(zhì)；
S2:將固體物質(zhì)與碳化硅表面物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，形成反應(yīng)層；
S3:去除反應(yīng)層以及反應(yīng)層上剩余的固體物質(zhì)；
S4:清潔完成。
[0008]其中，S1.1:所述固體物質(zhì)為金屬鎳；
S1.2:先使用真空蒸發(fā)鍍膜的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為3000到5000埃的金屬鎳層； 然后，在保護(hù)性氣體氮?dú)獾臍夥罩?，加熱?10°C，反應(yīng)10分鐘，金屬鎳與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層為包含鎳-硅-碳化合物的體系；
S1.3:使用腐蝕液在常溫下去除反應(yīng)層和鎳層；
S1.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。
[0009]其中，S2.1:所述固體物質(zhì)為金屬鈦；
S2.2:先使用真空等離子磁控濺射的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為1000到1500埃的金屬鈦層；
然后，在還原性的氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚夥罩?，加熱?00°C，反應(yīng)6分鐘，金屬鈦與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層為包含鈦-硅-碳化合物的體系；
S2.3:使用鈦腐蝕液在常溫下去除反應(yīng)層和鈦層；
S2.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。
[0010]步驟S2.3中的鈦腐蝕液包括蒸餾水、氫氟酸和硝酸。
[0011]其中，S3.1:所述固體物質(zhì)為金屬鉬；
S3.2:先使用等離子真空磁控濺射的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為2000埃的金屬鉬；
然后，在惰性氣體氬氣氣氛中，加熱至430 0C，反應(yīng)5分鐘，金屬鉬與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層為包含鉬-硅-碳化合物的體系；
S3.3:使用鉬腐蝕液去除反應(yīng)層和鉬層，
S3.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。
[0012]本發(fā)明在工作中，與碳化硅緊密接觸的固體材料，在高溫下，短時(shí)間內(nèi)與碳化硅材料(以及其表面雜質(zhì)污染物質(zhì))反應(yīng)，形成化合物，并且可以被這種固體材料以及其化合物對(duì)應(yīng)的濕法腐蝕工藝去除，留下干凈新鮮的理想碳化硅表面。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明中常態(tài)下碳化硅的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是本發(fā)明中SI加工后碳化硅的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖3是本發(fā)明中S2加工后碳化硅的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖4是本發(fā)明中S3加工后碳化硅的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖5是現(xiàn)有技術(shù)中常態(tài)下硅材料的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖6是現(xiàn)有技術(shù)中硅表面加工步驟一的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖7是現(xiàn)有技術(shù)中硅表面加工步驟二的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中I是碳化娃，2是表面，3是固體物質(zhì)，4是反應(yīng)層，5是娃材料，6是不理想表面，7是二氧化硅層。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明如圖1-4所示，包括以下步驟:
51:在碳化娃I具有雜質(zhì)的表面2沉積一層固體物質(zhì)3 ；
52:將固體物質(zhì)與碳化硅表面物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，形成反應(yīng)層4;
S3:去除反應(yīng)層以及反應(yīng)層上剩余的固體物質(zhì)； S4:清潔完成。
[0015]本發(fā)明包括以下三個(gè)實(shí)施例:
實(shí)施例一為:
S1.1:所述固體物質(zhì)為金屬鎳；
S1.2:先使用真空蒸發(fā)鍍膜的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為3000到5000埃的金屬鎳層；
然后，在保護(hù)性氣體氮?dú)獾臍夥罩?，加熱?10°C，反應(yīng)10分鐘，金屬鎳與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層為包含鎳-硅-碳的的體系；
S1.3:使用腐蝕液在常溫下去除反應(yīng)層和鎳層；
S1.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。由于固體之間的反應(yīng)界面光滑，能夠達(dá)到原子尺度的光滑度。
[0016]實(shí)施例二為:
S2.1:所述固體物質(zhì)為金屬鈦；
S2.2:先使用真空等離子磁控濺射的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為1000到1500埃的金屬鈦層；
然后，在還原性的氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚夥罩校訜嶂?00°C，反應(yīng)6分鐘，金屬鈦與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層為包含鈦-硅-碳的的體系；
S2.3:使用鈦腐蝕液在常溫下去除反應(yīng)層和鈦層；
S2.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。由于固體之間的反應(yīng)界面光滑，能夠達(dá)到原子尺度的光滑度。
[0017]其中，步驟S2.3中的鈦腐蝕液包括蒸餾水、氫氟酸和硝酸。
[0018]實(shí)施例三為:
S3.1:所述固體物質(zhì)為金屬鉬；
S3.2:先使用等離子真空磁控濺射的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為2000埃的金屬鉬；
然后，在惰性氣體氬氣氣氛中，加熱至430°C，反應(yīng)5分鐘，金屬鈦與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層包含鉬-硅-碳的的體系；
S3.3:使用鉬腐蝕液(如阿法埃莎公司的商用鉬腐蝕液)去除反應(yīng)層和鉬層，
S3.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。由于固體之間的反應(yīng)界面光滑，能夠達(dá)到原子尺度的光滑度。
[0019]如圖5-7所示，硅材料的普遍實(shí)用的犧牲氧化方法的加工工藝，其通過在硅材料5的不理想表面6，通過氧化形成二氧化硅層7，其消耗硅材料，分隔硅材料和剩余其他無法氧化的表面雜質(zhì)污染;最后，濕法去除二氧化硅層，露出理想表面。
[0020]然而，碳化硅器件工藝的技術(shù)成熟度遠(yuǎn)遜于硅工藝，對(duì)材料表面狀況和清洗工藝的認(rèn)識(shí)也是如此，更加難以通過一般的濕法化學(xué)清洗獲得新鮮表面。因此，現(xiàn)有的碳化硅器件工藝頻繁采用類似硅的這一犧牲氧化工藝，希望能夠得到新鮮清潔的理想表面。但是實(shí)際上，由于碳化硅氧化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅，在合理的時(shí)間里，得到的二氧化硅薄膜厚度極小，以至于一般常用工藝檢測(cè)設(shè)備都無法檢測(cè)這個(gè)厚度，因此消耗的碳化硅材料極少。同時(shí)碳化硅氧化得到的二氧化硅薄膜的致密性也不好。這種情況下，氧化過程中無法完全避免的雜質(zhì)向下擴(kuò)散可能反而惡化表面狀況。
[0021 ]其他消耗碳化硅材料的刻蝕方法也不理想。碳化硅材料硬度大，僅次于金剛石；由于禁帶寬度大，化學(xué)性能穩(wěn)定，極其耐腐蝕。已知的唯一濕法刻蝕是500度左右高溫KOH溶液。不但從設(shè)備角度看難以采用，而且因?yàn)橛捎谔蓟璨牧先毕荻?，刻蝕的結(jié)果是放大表面的粗糙度，與目標(biāo)背道而馳。干法刻蝕的結(jié)果更是在表面留下很多刻蝕氣體以及刻蝕中間廣物的殘留。
[0022]本發(fā)明在應(yīng)用中，固體物質(zhì)與碳化硅材料表面層物質(zhì)產(chǎn)生復(fù)雜的物理吸附滲透以及化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)雜的包括硅化物和游歷碳的復(fù)合體系，體系與下面的碳化硅材料的界面光滑；
控制溫度以及時(shí)間，可以控制反應(yīng)的速度和反應(yīng)層和厚度，控制碳化硅材料的消耗，以及界面的平滑度，使得固體物質(zhì)(金屬)主要與碳化硅“表面層”以及“表面層”之下合適厚度的碳化硅體材料反應(yīng)，產(chǎn)生最佳的界面平滑度，以最少的時(shí)間達(dá)到改善表面狀況的目的。
[0023]敷設(shè)的固體物質(zhì)可以是鎳、鈦、鉬，也可以是其他元素或者化合物。
[0024]與沒有經(jīng)過這種處理(或者其他濕法清洗處理)的表面相比，經(jīng)過處理的表面，在器件電性能，良率上有可見的改善。
[0025]以上處理過程可以多次進(jìn)行以增強(qiáng)效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳化硅表面清潔方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:在碳化娃具有雜質(zhì)的表面沉積一層固體物質(zhì)； S2:將固體物質(zhì)與碳化硅表面物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，形成反應(yīng)層； S3:去除反應(yīng)層以及反應(yīng)層上剩余的固體物質(zhì)； S4:清潔完成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅表面清潔方法，其特征在于， S1.1:所述固體物質(zhì)為金屬鎳； S1.2:先使用真空蒸發(fā)鍍膜的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為3000到5000埃的金屬鎳層;然后，在保護(hù)性氣體氮?dú)獾臍夥罩?，加熱?10°C，反應(yīng)10分鐘，金屬鎳與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層為包含鎳-硅-碳的的體系； S1.3:使用腐蝕液在常溫下去除反應(yīng)層和鎳層； S1.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅表面清潔方法，其特征在于， S2.1:所述固體物質(zhì)為金屬鈦； S2.2:先使用真空等離子磁控濺射的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為1000到1500埃的金屬鈦層； 然后，在還原性的氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚夥罩?，加熱?00°C，反應(yīng)6分鐘，金屬鈦與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層為包含鈦-硅-碳的的體系； S2.3:使用鈦腐蝕液在常溫下去除反應(yīng)層和鈦層； S2.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種碳化硅表面清潔方法，其特征在于，步驟S2.3中的鈦腐蝕液包括蒸餾水、氫氟酸和硝酸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硅表面清潔方法，其特征在于， S3.1:所述固體物質(zhì)為金屬鉬； S3.2:先使用等離子真空磁控濺射的方法在碳化硅晶圓上沉積一層厚度為2000埃的金屬鉬； 然后，在惰性氣體氬氣氣氛中，加熱至430°C，反應(yīng)5分鐘，金屬鉬與碳化硅表面物質(zhì)反應(yīng)形成反應(yīng)層，所述反應(yīng)層為包含鉬-硅-碳的的體系； S3.3:使用鉬腐蝕液去除反應(yīng)層和鉬層， S3.4:再通過沖洗甩干得到新鮮、干凈、平滑的碳化硅表面。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK106024586SQ201610462733
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】張孔欣, 唐亞超, 何鈞, 王毅
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技股份有限公司