一种用于晶圆表面保护碳膜的去除方法与流程

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种用于晶圆表面保护碳膜的去除方法。

背景技术：

碳化硅基器件具有击穿电压高、导通电阻低、开关速度快、耐高温、耐辐射性等优点，在功率电子领域、高频高速领域具有广泛的用途与前景。目前碳化硅sbd、jbs、mosfet等器件已经能够批量生产及应用。其中离子注入形成碳化硅欧姆接触区与jbs的p区时，注入离子的激活效率是决定器件性能的关键因素。为了激活注入掺杂以及消除离子注入造成的晶格损伤缺陷，需要对sic片在高温下进行激活退火，一般温度会高达1600℃～1800℃。但是，在如此高的激活退火温度下，碳化硅表面si容易从sic表面升华，并以si、si2c、sic2等形式重新沉积在晶片表面，形成台阶簇，导致sic片表面粗糙度增加，界面态密度增加，严重影响器件性能。目前在高温退火时常用的方法是碳膜保护法，其制作方法一般为溅射一种碳膜保护层或者通过光刻胶在烘烤固化形成碳膜保护层。在高温退火完成后，用于保护碳化硅表面这层碳膜就需要去除，如果碳膜去除不干净则会影响欧姆接触，严重影响器件的开关特性、导电特性、耐压特性等性能。严重情况下会出现金属附着性不佳导致的表面点或面的局部脱落，影响器件的性能和可靠性。所以有效的去除这层碳膜就显得十分重要。

由于碳膜具有高硬度、低摩擦系数与低的化学亲和力，使得碳膜通常用以下四种方法去除。其一是通过干、湿法喷砂将类金刚石碳膜去除。但是喷砂法去除类金刚石碳膜的同时很容易对sic片表面产生破坏性的损伤，损伤大难以修复，另外此方法不能进行精确控制，重复性不好，不适合规模化生产。其二是通过化学溶液浸泡去除碳膜，化学溶液多为一定浓度的盐酸加一定量的硝酸做催化剂。利用化学浸泡法去除碳膜一方面很难去除因为高温带来的表面损伤与硅析出层，另一方面无法快速确认碳膜是否完全去除干净，浸泡时间过长又会影响生产效率，成本高。其三热氧化法去除碳膜，该方法同样很难去除因为高温带来的表面损伤与硅析出层。其四使用包含o2、n2和co的等离子体清洗法去除碳膜。利用等离子刻蚀的方法得到的表面粗糙度无法保证，还需其他方法优化辅助。

在高温退火中，虽然碳膜保护了外延层表面，但是还是会有一定的硅析出影响碳化硅片的表面粗糙度。因此，现有方法不能根本解决高温退火引起的表面硅析出层、碳层与表面粗糙度增加的问题。另外现有方法无法解决al离子注入时碳化硅材料表面并非注入离子浓度最高层带来的欧姆接触并非最优化的问题，为了更有效降低欧姆接触的导通电阻，还必须通过其他方法实现。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于晶圆表面保护碳膜的去除方法，目的是实现高温退火后的碳化硅片表面保护碳膜的有效去除。同时去除表面损伤与硅析出层以及碳化硅材料中并非注入离子浓度最高层的浅表层，降低欧姆接触导通电阻。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于晶圆表面保护碳膜的去除方法，包括以下步骤：

s0、提供晶圆，所述晶圆表面带有碳膜；

s1、对s0所述晶圆表面进行化学机械抛光。

进一步地，所述衬底在高温激活退火前，经过高温离子注入且晶圆表层的离子浓度不是峰值。

进一步地，所述化学机械抛光去除了碳膜以及晶圆表面厚度不超过100nm的浅表层。

进一步地，在所述步骤s0之后，在所述步骤s1之前，包括步骤s01、对碳化硅片进行机械研磨。

进一步地，在所述步骤s1中，晶圆材料为gan、sic、gaas、inp或金刚石。

进一步地，所述晶圆可制备成pin二极管、肖特基二极管、结势垒肖特基二极管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物场效应晶体管。

本发明用于晶圆表面保护碳膜的去除方法，具有如下有益效果：

1、工艺简单，退膜时间短，碳膜退除干净，可操作性能强，成本低；

2、根本上完全解决因高温退火带来的表面硅析出与粗糙度增加问题；

3、晶圆材料浅表层的去除，有利于解决在注入时带来的界面并非杂质离子浓度最高处导致欧姆接触并非最优化的问题，从而可以有效降低欧姆接触的导通电阻，优化器件性能。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明用于晶圆表面保护碳膜的去除方法的工艺流程示意图；

图2是碳化硅jbs碳膜保护高温退火示意图；

图3是碳化硅jbs高温保护碳膜去除示意图；

图中标记为：1、高温退火保护的碳膜；2、碳化硅外延部分；3、外延层经过离子注入形成的p区；4、衬底材料；5、离子注入杂质浓度较低的外延浅表层；6、所有需去除的部分。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

本发明提供了一种用于晶圆表面保护碳膜的去除方法，包括以下步骤：

s0、提供晶圆，所述晶圆表面带有碳膜；

s1、对s0所述晶圆表面进行化学机械抛光。

具体地说，在本实施例中，晶圆为碳化硅片。如图2和图3所示，为了激活注入的掺杂杂质和消除注入过程造成的损伤缺陷，需要对碳化硅器件在高温下进行激活退火。

所述碳化硅片在高温激活退火前，经过高温离子注入且碳化硅片表层的离子浓度不是峰值(离子注入后杂质浓度沿深度方向呈高斯分布，并且浓度最高处不在表面)，也即碳化硅片表层并非注入离子浓度最高层。碳化硅器件退火完成后，将用于保护碳化硅表面的碳膜去除。

在上述步骤s1中，所述化学机械抛光去除了碳膜以及碳化硅片表面厚度不超过100nm的表层，该表层的材料为sic。在碳膜去除时，碳膜覆盖在该表层上。在碳膜去除后，露出表层，然后将一定厚度的表层去除，表层的去除工艺与碳膜的去除工艺相同。也即在有效去除碳化硅器件表面碳膜后再向材料层延伸一定深度(该深度为100nm以内)，去除浅表层。经过此方法可以在不引入外来杂质的情况下将碳膜及部分材料浅层快速有效的完全去除。

如图1所示，在上述步骤s1中，采用化学机械抛光工艺(cmp)去除碳化硅器件表面的碳膜。

作为变形实施方案，在上述步骤s1中，先对碳化硅器件进行机械研磨，然后对碳化硅器件进行化学机械抛光，去除碳化硅器件表面的碳膜及碳化硅表层。而且，在上述步骤s1中，采用较高目数的砂轮进行机械研磨或者化学机械抛光，且可以搭配使用。

碳化硅器件是pin二极管、肖特基二极管、结势垒肖特基二极管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物场效应晶体管等器件。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于晶圆表面保护碳膜的去除方法，包括以下步骤：S0、提供晶圆，所述晶圆表面带有碳膜；S1、对S0所述晶圆表面进行化学机械抛光。本发明用于晶圆高温激活退火表面保护碳膜的去除，具有退膜时间短、可操作性强的优点，能够根本上解决因高温退火带来的表面硅析出与粗糙度增加问题，碳膜去除干净，无污染；以碳化硅为例，去除碳膜的同时将SiC材料表面浅层去除有利于解决Al离子注入后SiC材料表面并非Al离子浓度最高处导致器件欧姆接触并非最优化的问题，有效降低欧姆接触的导通电阻，优化产品性能。

技术研发人员：史文华;程海英;钮应喜;赵海明;史田超;钟敏;刘锦锦
受保护的技术使用者：芜湖启迪半导体有限公司
技术研发日：2019.04.24
技术公布日：2019.08.09