微刻蚀进行碳化硅离子激活的方法
【技术领域】
[0001]本发明适用于碳化硅器件制备过程中，其涉及一种碳化硅制备过程中离子激活的方法。
【背景技术】
[0002]碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料，由于其高的禁带宽度、高的击穿电场、高的电子迀移率，碳化硅半导体器件在高压、高频、大功率、以及高温、高辐射等极端坏境中有着独特的优势。
[0003]离子注入激活工艺是碳化硅器件制作中的关键工艺，但是由于碳化硅器件激活所需温度高达1200°C以上，而高温下碳化硅表面的硅溢出会严重的破坏碳化硅材料的表面，影响器件性能。
[0004]传统的离子注入激活工艺是通过在碳化硅晶片表面生长一层碳膜，以抑制硅的溢出，碳膜的生长方式是通过溅射或者光刻胶高温下脱水形成，如附图1所示。但是这种方法会在碳化硅表面形成很难去除的碳残留，尤其是在沟槽型的碳化硅器件中，残留的碳更难去除。
[0005]为了降低碳残留的影响有人采用了硅烷抑制的方法来对碳化硅进行退火，即在高温炉内通入硅烷，来抑制碳化硅内硅原子的析出。但是这种方法由于需要精确的控制腔室内的压强，很难精确控制。因此也不是一种很好的选择。
[0006]还有课题组采用了氮化铝薄膜覆盖碳化硅表面来抑制硅溢出的现象，但是当温度升高至1600°C以上时氮化铝会因出现空洞而失去作用。
[0007]因此如何快速有效的对碳化硅进行退火，成为在碳化硅器件制备中的一个难题。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明旨在解决碳化硅器件离子注入激活工艺中。通过在退火过程中，通入氢气(H2)，通过氢气的刻蚀作用，来保护退火后晶片的表面形貌。由于氢气刻蚀是在碳化硅晶片生长过程中的一项关键工艺过程，氢气的刻蚀的速度可以控制在1200°C到1800°C的温度范围内得到有效控制，而这个温度范围足以激活离子注入后的碳化硅晶片。本发明通过高温下通入氢气，并控制氢气刻蚀的速度以保证不影响离子注入所需深度，来激活离子注入后的碳化硅晶片。这样既保证了晶片的质量不受高温影响，也达到了离子激活的目的。此种方法相对于碳膜覆盖工艺不止避免了碳膜去除不干净的问题，也大大简化了工艺流程(附图1为传统的碳膜覆盖方法流程，附图2为本发明的方法流程)。相对于硅烷抑制的方法，则大大的降低了工艺控制难度。
[0009]本发明提供的一种SiC离子激活的方法，其包括:
[0010]步骤一:清洗需要碳化娃晶片；
[0011]步骤二:将清洗后的碳化硅晶片放入高温炉腔室内；
[0012]步骤三:将高温炉腔室内温度升至刻蚀温度，通入氢气，进行微刻蚀过程；
[0013]步骤四:将高温炉腔室内温度降至室温及关闭所通入的氢气。
[0014]本发明也可以应用于需要进行微刻蚀的领域，如:去除等离子刻蚀损伤层，碳化硅表面抛光等。采用上述方案后，通过高温下氢气的微刻蚀作用，既保证了碳化硅晶片的表面质量，又使得离子注入层得到了完全的激活。
【附图说明】
[0015]图1是传统的碳膜覆盖工艺的流程图；
[0016]图2是本发明中利用H2微刻蚀进行SiC离子激活的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0018]如图2所示，图2是本发明提供的一种利用H2微刻蚀进行SiC离子激活的方法的流程图。该方法的主要目的是使得在保证碳化硅晶片表面质量的情况下，使得离子注入层完全激活。该发明也可以应用于需要微刻蚀的领域，如:去除等离子刻蚀损伤层，碳化硅表面抛光等。其主要步骤包括:
[0019]步骤一:清洗需要高温退火的碳化硅晶片。此步骤中的碳化硅晶片可以是各种类型的德尔碳化硅晶片，如4H-SiC、3C-SiC、6H-SiC等。晶片是需要进行高温退火或者微刻蚀的碳化硅晶片，清洗的主要目的是保持清洁的晶片表面；所述的碳化硅晶片清洗可以采用各种酸性液体，如:硝酸、硫酸、盐酸、氨水等，也可以是各种酸性液体的混合液。
[0020]步骤二:将清洗后的碳化硅晶片放入高温炉腔室内。此步骤将碳化硅放入高温炉中的方式可以是各种方式，如:手套箱、传输带、直接放置等。
[0021]步骤三:将高温炉腔室内温度升至刻蚀温度，通入刻蚀气体即氢气或氢气混合物，进行微刻蚀过程。此步骤中通入的反应气体主要为h2，也可以在4中混合其他保护气体，如:C3H8、SiH4等。通入反应气体后，高温腔室内的气压范围为le-6Pa-le5Pa。升温速度没有限制，刻蚀温度，可以是固定温度，也可以是随着刻蚀时间变化的温度曲线，其温度范围为500°C -2000°C。氢气可以是在升温到一定温度时通入，也可以是在升温开始时即通入，视具体的工艺条件而定。刻蚀时间可以是10秒钟-10小时。
[0022]步骤四:将高温炉腔室内温度降至室温，关闭刻蚀气体。降温过程可以是先关闭刻蚀气体后再降温；也可以是温度降低至一定温度后关闭反应气体；也可以是关闭刻蚀气体后通入保护气体后降温；还可以是温度降至一定温度后关闭反应气体通入保护气体(如:氩气、氮气等)后降温，具体降温方法不限。
[0023]本发明另一实施例中，利用H2微刻蚀进行SiC离子激活的方法包括:
[0024]步骤一:将离子注入后的碳化硅晶片进行标准清洗，保证晶片表面清洁；
[0025]步骤二:通过手套箱，将晶片放入高温炉腔室内；
[0026]步骤三:通入氢气，使腔室压力为40Torr后，升温至1500°C ；
[0027]步骤四:维持1500°C，30分钟后，关闭高温炉，并保持氢气通入。当温度降至900°C时关闭氢气，通入氩气至室温。
[0028]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种SiC离子激活的方法，其包括: 步骤一:清洗需要碳化硅晶片； 步骤二:将清洗后的碳化硅晶片放入高温炉腔室内； 步骤三:将高温炉腔室内温度升至刻蚀温度，通入氢气，进行微刻蚀过程； 步骤四:将高温炉腔室内温度降至室温及关闭所通入的氢气。
2.如权利要求1所述的SiC离子激活的方法，其中，在刻蚀过程中除了通入氢气，还通入保护气体。
3.如权利要求1所述的SiC离子激活的方法，其中步骤一中所述的碳化硅晶片，可以是4H-SiC、6H-SiC 或 3C_SiC。
4.如权利要求1所述的SiC离子激活的方法，其中步骤一中所述的碳化硅晶片是需要高温退火的碳化硅晶片。
5.如权利要求1所述的SiC离子激活的方法，其中步骤一中采用酸性液体或酸性液体的混合物清洗所述碳化硅晶片。
6.如权利要求1所述的SiC离子激活的方法，其中步骤二中将所述清洗后的碳化硅放入高温炉中的方式包括手套箱、传输带或直接放置方式。
7.如权利要求1所述的SiC离子激活的方法，其中步骤三中通入氢气后，高温腔室内的气压范围为le-6Pa_le5Pa。
8.如权利要求2所述的SiC离子激活的方法，其中步骤三中所述保护气体包括氩气和氮气，且在升温时通入氢气和保护气体，或者先通入保护气体，当升至一定温度时再通入氢气。
9.如权利要求1所述的SiC离子激活的方法，其中步骤三所述的刻蚀温度为固定温度，或者随着刻蚀时间变化的温度曲线，所述刻蚀温度范围为500°C —2000°C，刻蚀时间为10秒钟-10小时。
10.如权利要求2所述的SiC离子激活的方法，其中步骤四中先关闭所通入的氢气和保护气体后再降温，或者先将温度降低至一定温度后关闭所通入的氢气和保护气体，或者关闭所通入的氢气后通入保护气体后降温；或者温度降至一定温度后关闭所通入的氢气后通入保护气体再降温。
【专利摘要】本发明公开了一种氢气微刻蚀进行碳化硅离子激活的方法，其包括：步骤一：清洗需要碳化硅晶片；步骤二：将清洗后的碳化硅晶片放入高温炉腔室内；步骤三：将高温炉腔室内温度升至刻蚀温度，通入氢气或氢气混合气体，进行微刻蚀过程；步骤四：将高温炉腔室内温度降至室温及关闭所通入的氢气或氢气混合气体。本发明通过在碳化硅退火过程中，通入氢气，利用氢气来刻蚀碳化硅的表面，通过控制刻蚀深度来保证所需的离子分布。从而保证退火后碳化硅良好的表面状况。简化了离子激活的工艺过程。
【IPC分类】H01L21-04, H01L21-324
【公开号】CN104538290
【申请号】CN201410851645
【发明人】刘胜北, 何志, 刘斌, 刘兴昉, 杨香, 樊中朝, 王晓峰, 王晓东, 赵永梅, 杨富华, 孙国胜, 曾一平
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月31日