专利名称：一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种形成牺牲氧化层的方法，具体是涉及一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法。
背景技术：
碳化硅(SiC)材料是自第一代元素半导体材料(Si)和第二代化合物半导体材料(GaAs,GaP,InP等)之后发展起来的第三代宽带隙半导体材料。SiC材料由于具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移速度等特点，特别适合制作微波大功率、高压、高温、抗辐照电子器件，在国民经济各方面具有广泛的应用。当前，SiC器件的研制已经成为研究热点。在SiC器件的制造过程中需要将铝，硼等P型杂质离子注入到η型外延层中，并通过1600°C以上的高温退火处理激活注入的离子。离子注入和高温退火都会对SiC表面造成损伤，影响表面形貌，形成一层损伤层。表面损伤层会直接影响到器件的电学性能和可靠性。为了改善离子注入和高温激活后SiC的表面形貌，提高器件性能，需要对SiC进行表面处理。目前常用的表面处理方法有两种(1)利用干法刻蚀去除SiC表面的损伤层，该方法的优点是工艺时间短，但在干法刻蚀的过程中会对SIC表面造成新的损伤，无法完全去除损伤层；(2)先通过热氧化在SiC表面形成一层牺牲氧化层，再采用湿法腐蚀的方式去除牺牲氧化层，该方法能够完全去除SiC表面的损伤层，但对牺牲氧化层的厚度均匀性要求很高，如果厚度不均匀在去除牺牲氧化层后，SiC表面会出现凹凸不平，导致器件漏电流增大。同时由于SiC的氧化速率很低，为了完全去除表面损伤层，形成牺牲氧化层的时间很长。在形成牺牲氧化层的过程中，氧化条件十分重要，退火条件包括氧化温度，氧化时间，升温速率，保护气体类型，流量和气压。大量研究表明，退火温度越高，退火时间越长，氧化速率越高，但高温会使氧化表面平整度下降，影响氧化层厚度均匀性；在氧化过程中保护气体的类型和气压会影响到氧化速率和氧化层的均匀性。目前常用的氧化条件通常采用惰性气体作为保护气体，工艺时间较长。综上所述，为了提高SiC器件的可靠性和成品率，降低生产成本。目前常用的在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法还有许多缺陷，牺牲氧化层的氧化条件还有改进的必要。
发明内容
本发明提出的是一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其目的是为了解决现有技术所存在的上述不足，氧化速率高，氧化层厚度均匀性好，表面平整的氧化方法。本发明的技术解决方案一种在碳化娃表面形成牺牲氧化层的方法，该方法包括以下步骤
1)使用酸性溶液清洗SiC晶片；
2)使用5%_30%体积比浓度的氢氟酸溶液清洗SiC晶片；
3)将SiC晶片放入氧化炉，充入惰性气体和氧气的混合气作为保护气体，将氧化炉升温到氧化温度；
4)向氧化炉内充入氧气,保持温度进行热氧化；
5)向氧化炉内充入惰性气体，将SiC晶片由氧化温度降温到室温。本发明的有益效果1)采用惰性气体和氧气的混合气作为保护气体，氧化层的厚度均匀性好。2)氧化速率提高，能够缩短工艺时间。3)形成的氧化层表面平整度较好，能够提高器件的可靠性和成品率。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例I
步骤I)使用酸性溶液混合溶液清洗SiC晶片。所述的酸性溶液是硫酸或盐酸。该步骤能除去SiC晶片表面附着的杂质，防止杂质在氧化过程中与SiC发生反应，在表面形成缺陷，也能避免杂质影响牺牲氧化层均匀性和平整度。步骤2)使用5%体积比浓度的氢氟酸溶液清洗SiC晶片。这一步骤能除去SiC晶片的自然氧化层，避免自然氧化层影响牺牲氧化层均匀性和平整度。步骤3)将SiC晶片放入氧化炉，充入惰性气体和氧气的混合气作为保护气体，将氧化炉升温到氧化温度。这一步骤中充入惰性气体的作用是防止SiC和氧化炉内的残余气体发生反应，在表面生成不均匀的氧化层，进而影响牺牲氧化层的质量，为了保证氧化层质量保护气体中惰性气体的流量要大于氧气流量，所述的惰性气体为氩气，该步骤中惰性气体的流量是I升/分钟，惰性气体和氧气气体的流量比为10 :1。这一步骤中流量直接影响到牺牲氧化层的表面平整度和氧化速率，流量太小或太大都会导致牺牲氧化层平整度变差。充入氧气的作用是在升温过程中在SiC表面生成一层极薄的氧化层，提高在氧化阶段中形成的牺牲氧化层的表面平整度，提高氧化阶段的氧化速率，该步骤中氧气的流量是O. I升/分钟，流量直接影响到牺牲氧化层的表面平整度和氧化速率，流量太小或太大都会导致牺牲氧化层平整度变差。该步骤中气压是O. 5bar，气压太低会影响氧化层的均匀性。步骤4)向氧化炉内充入氧气，保持温度进行氧化。这一步骤中氧气的流量是O. I升/分钟，气压太高会影响SiC的表面平整度，气压太低。该步骤中气压是O. 5bar，气压太低会影响氧化层的均匀性并降低氧化速率。该步骤中可以采用的氧化方式包括干氧氧化和湿氧氧化，干氧氧化氧化速率低，氧化层表面平整度好，湿氧氧化氧化速率高，但氧化层表面平整度较差。该步骤中氧化温度的范围是1000°c，氧化温度越高氧化速率越高，但氧化层表面平整度越差。步骤5)向氧化炉内充入惰性气体，将SiC晶片由氧化温度降温到室温。这一步骤中惰性气体的流量范围是O. I升/分钟，流量越大，降温速率越快。实施例2
步骤I)使用酸性溶液混合溶液清洗SiC晶片。所述的酸性溶液是硝酸。该步骤能除去SiC晶片表面附着的杂质，防止杂质在氧化过程中与SiC发生反应，在表面形成缺陷，也能避免杂质影响牺牲氧化层均匀性和平整度。步骤2)使用30%体积比浓度的氢氟酸溶液清洗SiC晶片。这一步骤能除去SiC晶片的自然氧化层，避免自然氧化层影响牺牲氧化层均匀性和平整度。步骤3)将SiC晶片放入氧化炉，充入惰性气体和氧气的混合气作为保护气体，将氧化炉升温到氧化温度。这一步骤中充入惰性气体的作用是防止SiC和氧化炉内的残余气体发生反应，在表面生成不均匀的氧化层，进而影响牺牲氧化层的质量，为了保证氧化层质量保护气体中惰性气体的流量要大于氧气流量，所述的惰性气体是氩氮气，该步骤中惰性气体的流量是20升/分钟，惰性气体和氧气气体的流量比为2:1。这一步骤中流量直接影响到牺牲氧化层的表面平整度和氧化速率，流量太小或太大都会导致牺牲氧化层平整度变差。充入氧气的作用是在升温过程中在SiC表面生成一层极薄的氧化层，提高在氧化阶段中形成的牺牲氧化层的表面平整度，提高氧化阶段的氧化速率，该步骤中氧气的流量是10升/分钟，流量直接影响到牺牲氧化层的表面平整度和氧化速率，流量太小或太大都会导致牺牲氧化层平整度变差。该步骤中气压是lbar，气压太低会影响氧化层的均匀性。步骤4)向氧化炉内充入氧气，保持温度进行氧化。这一步骤中氧气的流量是10升/分钟，气压太高会影响SiC的表面平整度，气压太低。该步骤中气压范围是lbar，气压太低会影响氧化层的均匀性并降低氧化速率。该步骤中可以采用的氧化方式包括干氧氧化和湿氧氧化，干氧氧化氧化速率低，氧化层表面平整度好，湿氧氧化氧化速率高，但氧化层表面平整度较差。该步骤中氧化温度的范围是1400°C，氧化温度越高氧化速率越高，但氧化层表面平整度越差。步骤5)向氧化炉内充入惰性气体，将SiC晶片由氧化温度降温到室温。这一步骤中惰性气体的流量是20升/分钟，流量越大，降温速率越快。实施例3
步骤I)使用酸性溶液混合溶液清洗SiC晶片。所述的酸性溶液是硫酸和盐酸的混合物，比例1:1。该步骤能除去SiC晶片表面附着的杂质，防止杂质在氧化过程中与SiC发生反应，在表面形成缺陷，也能避免杂质影响牺牲氧化层均匀性和平整度。步骤2)使用15%体积比浓度的氢氟酸溶液清洗SiC晶片。这一步骤能除去SiC晶片的自然氧化层，避免自然氧化层影响牺牲氧化层均匀性和平整度。步骤3)将SiC晶片放入氧化炉，充入惰性气体和氧气的混合气作为保护气体，将氧化炉升温到氧化温度。这一步骤中充入惰性气体的作用是防止SiC和氧化炉内的残余气体发生反应，在表面生成不均匀的氧化层，进而影响牺牲氧化层的质量，为了保证氧化层质量保护气体中惰性气体的流量要大于氧气流量，该步骤中惰性气体的流量是10升/分钟，流量直接影响到牺牲氧化层的表面平整度和氧化速率，流量太小或太大都会导致牺牲氧化层平整度变差。充入氧气的作用是在升温过程中在SiC表面生成一层极薄的氧化层，提高在氧化阶段中形成的牺牲氧化层的表面平整度，提高氧化阶段的氧化速率，该步骤中氧气的流量是5升/分钟，流量直接影响到牺牲氧化层的表面平整度和氧化速率，流量太小或太大都会导致牺牲氧化层平整度变差。该步骤中气压是O. 6bar，气压太低会影响氧化层的均匀性。步骤4)向氧化炉内充入氧气，保持温度进行氧化。这一步骤中氧气的流量范围是6升/分钟，气压太高会影响SiC的表面平整度，气压太低。该步骤中气压是O. 6bar，气压太低会影响氧化层的均匀性并降低氧化速率。该步骤中可以采用的氧化方式包括干氧氧化和湿氧氧化，干氧氧化氧化速率低，氧化层表面平整度好，湿氧氧化氧化速率高，但氧化层表面平整度较差。该步骤中氧化温度的范围是1200°C，氧化温度越高氧化速率越高，但氧化层表面平整度越差。步骤5)向氧化炉内充入惰性气体，将SiC晶片由氧化温度降温到室温。这一步骤中惰性气体的流量是10升/分钟，流量越大，降温速率越快。
权利要求
1.一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征在于该方法包括以下步骤1)使用酸性溶液清洗SiC晶片；2)使用5%-30%体积比浓度的氢氟酸溶液清洗SiC晶片；3)将SiC晶片放入氧化炉，充入惰性气体和氧气的混合气作为保护气体，将氧化炉升温到氧化温度；4)向氧化炉内充入氧气,保持温度进行热氧化；5)向氧化炉内充入惰性气体，将SiC晶片由氧化温度降温到室温。
2.根据权利要求I所述的一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征是所述的酸性溶液包括硫酸，盐酸，硝酸及其混合溶液。
3.根据权利要求I所述的一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征是所述的惰性气体包括氩气和氮气。
4.据权利要求I所述的一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征是作为保护气体的惰性气体和氧气气体的流量比为10-2 :1。
5.据权利要求I所述的一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征是所述的惰性气体的流量是O. I升/分钟-20升/分钟。
6.据权利要求I所述的一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征是氧气的流量是O. I升/分钟-10升/分钟。
7.权利要求I所述的一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征是热氧化的方式包括干氧氧化和湿氧氧化；氧化温度是1000-1400 °C。
8.权利要求I所述的一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征是升温和氧化过程中气压范围是O. 5-lbar。
9.权利要求I所述的一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，其特征是SiC晶片的类型包括 6H-SiC，4H-SiC。
10.根据权利要求I所述的一种用于制造碳化硅器件的高温退火方法，其特征是SiC晶片的类型包括在碳化硅衬底上生长了一层或多层碳化硅薄膜的外延片。
全文摘要
本发明是一种在碳化硅表面形成牺牲氧化层的方法，包括以下步骤1)使用酸性溶液清洗SiC晶片；2)使用5%-30%体积比浓度的氢氟酸溶液清洗SiC晶片；3)将SiC晶片放入氧化炉，充入惰性气体和氧气的混合气作为保护气体，将氧化炉升温到氧化温度；4)向氧化炉内充入氧气，保持温度进行热氧化；5)向氧化炉内充入惰性气体，将SiC晶片由氧化温度降温到室温。本发明的有益效果采用惰性气体和氧气的混合气作为保护气体，氧化层的厚度均匀性好。氧化速率提高，能够缩短工艺时间。形成的氧化层表面平整度较好，能够提高器件的可靠性和成品率。
文档编号H01L21/04GK102915912SQ20121035593
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者李理, 陈刚, 陈征, 柏松 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所