CN102576671A - 用于碳化硅半导体的清洗方法和用于碳化硅半导体的清洗设备 - Google Patents

用于碳化硅半导体的清洗方法和用于碳化硅半导体的清洗设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于SiC半导体的清洗方法，其包括在SiC半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)的步骤(步骤(S2))，以及移除氧化物膜(3)的步骤(步骤(S3))。在形成氧化物膜(3)的步骤中使用氧等离子体。可以在移除氧化物膜(3)的步骤(步骤(S3))中使用氟化氢。从而能够实现SiC半导体(1)上的清洗效果。

Description

用于碳化硅半导体的清洗方法和用于碳化硅半导体的清洗设备
技术领域
本发明涉及用于碳化硅(SiC)半导体的清洗方法和用于SiC半导体的清洗设备。更具体地，本发明涉及用于具有氧化物膜的半导体器件的SiC半导体的清洗方法和SiC半导体的清洗设备。
背景技术
传统上，在半导体器件的制造方法中，执行清洗来移除粘附到前表面的物质。这样的清洗方法的示例包括在日本专利特开No.6-314679(专利文献1)和4-354334(专利文献2)中公开的技术。
如下所述执行专利文献1中公开的半导体衬底的清洗方法。首先，利用包含臭氧的超纯水来清洗硅(Si)衬底以形成Si氧化物膜，并且颗粒和金属杂质进入Si氧化物膜的内部和前表面中。接下来，利用稀氢氟酸水溶液来清洗Si衬底以通过蚀刻移除Si氧化物膜并且同时移除颗粒和金属杂质。
在专利文献2中公开的半导体的清洗方法中，包含1至5ppm的臭氧的纯水被喷射到半导体上以通过臭氧的氧化反应移除粘附到前表面的异物成分。
此外，在半导体器件的制造工艺中使用臭氧的技术的示例包括在日本专利特开No.2002-33300(专利文献3)中公开的技术。专利文献3公开了下述技术：在包括不小于大约22℃的温度和不小于大约30ppm的溶解臭氧浓度的条件下将包含臭氧的纯水供应到臭氧水接触设备，使包含臭氧的纯水与其上剩余有光致抗蚀剂膜的衬底接触，以及移除光致抗蚀剂膜。
引用列表
专利文献
PTL1：日本专利特开No.6-314670
PTL2：日本专利特开No.4-354334
PTL3：日本专利特开No.2002-33300
发明内容
技术问题
SiC具有大的带隙、与Si相比更大的最大击穿电场和热导率、与Si一样大的载流子迁移率、大的电子饱和漂移速度、和大的击穿电压。因此，期望将其应用到被要求具有更高的效率、更高的击穿电压和更高的电容的半导体器件。因此，本发明的发明人关注于使用SiC半导体用于半导体器件。因此，如果使用SiC半导体用于半导体器件，则需要清洗SiC半导体的前表面。
然而，如果将专利文献1和2中描述的清洗方法应用于SiC半导体，则SiC半导体的前表面被氧化的可能性较小，这是因为SiC是具有比Si更好的热稳定性的化合物。具体地，虽然专利文献1和2中描述的清洗方法能够氧化Si的前表面，但是它们不能够完全氧化SiC的前表面。因此，它们不能完全清洗SiC的前表面。
另外，虽然专利文献3中的移除光致抗蚀剂膜的方法公开了用于移除光致抗蚀剂膜的条件，但是其没有公开用于移除粘附到半导体前表面的杂质和颗粒的方法。此外，当利用在专利文献3中的移除光致抗蚀剂膜的方法中公开的包含臭氧的纯水清洗Si衬底的前表面时，Si衬底的前表面由于包含臭氧的纯水的过强的氧化能力而变得粗糙。即，专利文献3中的移除光致抗蚀剂膜的方法是意在移除光致抗蚀剂膜的技术，并且没有公开用于移除在由Si、SiC等等制成的半导体的前表面上存在的杂质和颗粒的清洗方法。
因此，本发明的一个目的在于提供用于SiC半导体的清洗方法和用于SiC半导体的清洗设备，其能够实现SiC半导体上的清洗效果。
解决问题的技术方案
根据本发明的用于SiC半导体的清洗方法包括以下步骤：在SiC衬底的前表面上形成氧化物膜；以及移除氧化物膜，其中在形成氧化物膜的步骤中使用氧(O)等离子体。
根据依照本发明的用于SiC半导体的清洗方法，能够通过使用O等离子体在是强耦合且稳定化合物的SiC半导体的前表面上容易地形成氧化物膜。因此，能够容易地使粘附到前表面的杂质、颗粒等等进入氧化物膜。通过移除氧化物膜，能够移除SiC半导体的前表面上的杂质、颗粒等等。此外，由于SiC半导体是稳定化合物，因此，即使使用O等离子体也较少地损伤SiC半导体。因此，根据本发明的用于SiC半导体的清洗方法能够实现SiC半导体上的清洗效果。
优选地，在上述用于SiC半导体的清洗方法中，在形成氧化物膜的步骤中，在不小于200℃并且不大于700℃的温度下形成氧化物膜。
从而，能够以提高的产量来形成氧化物膜。此外，由于能够减少电功率，因此，能够以减少的成本来形成氧化物膜。此外，将形成的氧化物膜还能够具有提高的均匀性。
优选地，在上述用于SiC半导体的清洗方法中，在形成氧化物膜的步骤中，在不小于0.1Pa并且不大于20Pa的压力下形成氧化物膜。
在该情况下，能够增强O等离子体与SiC半导体的前表面的反应性，并且因此能够更容易地形成氧化物膜。
优选地，在上述用于SiC半导体的清洗方法中，在移除氧化物膜的步骤中使用氢化氟(HF)。
从而，能够容易地移除氧化物膜，并且因此，能够减少在前表面上剩余的氧化物膜。
优选地，在上述用于SiC半导体的清洗方法中，在形成氧化物膜的步骤与移除氧化物膜的步骤之间，将SiC半导体设置在与空气隔绝的气氛中。
这能够抑制空气中的杂质再次粘附到SiC半导体的前表面。因此，能够进一步增强SiC半导体上的清洗效果。
根据本发明的一方面的用于SiC半导体的清洗设备包括形成单元、移除单元和连接单元。形成单元使用O等离子体在SiC半导体的前表面上形成氧化物膜。移除单元移除氧化物膜。连接单元连接形成单元和移除单元以允许输送SiC半导体。连接单元中用于输送SiC半导体的区域能够与空气隔绝。
根据本发明的另一方面的用于SiC半导体的清洗设备包括用于使用O等离子体在SiC半导体的前表面上形成氧化物膜的形成单元，以及用于移除氧化物膜的移除单元，其中形成单元和移除单元是同一的。
根据依照本发明的一方面和另一方面的用于SiC半导体的清洗设备，能够使用O等离子体通过形成单元在是稳定化合物的SiC半导体的前表面上容易地形成氧化物膜。从而，能够容易地使粘附到SiC半导体的前表面的杂质、颗粒等等进入氧化物膜中，通过在移除单元中移除氧化物膜，能够移除SiC半导体的前表面上的杂质、颗粒等等。
此外，能够抑制在形成单元中在SiC半导体上形成氧化物膜之后以及在移除单元中移除氧化物膜时将SiC半导体暴露到空气。这能够抑制空气中的杂质再一次粘附到SiC半导体的前表面。
因此，根据本发明的一方面和另一方面的用于SiC半导体的清洗设备能够实现SiC半导体上的清洗效果。
本发明的有利效果
如上所述，根据依照本发明的用于SiC半导体的清洗方法和清洗设备，能够通过使用O等离子体在SiC半导体的前表面上形成氧化物膜来实现SiC半导体上的清洗效果。
附图说明
图1是根据本发明的实施例1的用于SiC半导体的清洗设备的示意图。
图2是示意性地示出根据本发明的实施例1制备的SiC半导体的横截面图。
图3是示出根据本发明的实施例1的用于SiC半导体的清洗方法的流程图。
图4是示意性地示出根据本发明的实施例1的在SiC半导体上形成氧化物膜的状态的横截面图。
图5是示意性地示出根据本发明的实施例1的移除氧化物膜的状态的横截面图。
图6是根据本发明的实施例1的修改例的用于SiC半导体的清洗设备的示意图。
图7是示意性地示出根据本发明的实施例2的待清洗的SiC半导体的横截面图。
图8是示出根据本发明的实施例2的用于SiC半导体的清洗方法的流程图。
图9是示意性地示出根据本发明的实施例2的用于SiC半导体的清洗方法的一个步骤的横截面图。
图10是示意性地示出根据本发明的实施例2的用于SiC半导体的清洗方法的一个步骤的横截面图。
图11是示意性地示出根据本发明的实施例2的用于SiC半导体的清洗方法的一个步骤的横截面图。
图12是示意性地示出示例中的待清洗的外延晶圆的横截面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例，在附图中，相同或对应的部件将由相同的附图标记来表示，并且将不会重复其描述。
(实施例1)
图1是根据本发明的实施例1的用于SiC半导体的清洗设备10的示意图。参考图1，将描述根据本发明的实施例1的用于SiC半导体的清洗设备10。
如图1中所示，用于SiC半导体的清洗设备10包括形成单元11、移除单元12和连接单元13。形成单元11和移除单元12通过连接单元13连接。形成单元11、移除单元12和连接单元13的内部与空气隔绝，并且内部能够彼此连通。
形成单元11在SiC半导体的前表面上形成氧化物膜。形成单元11使用O等离子体形成氧化物膜。可以使用等离子体发生器等等作为形成单元11。
移除单元12移除通过形成单元11形成的氧化物膜。例如，可以使用等离子体发生器、用于使用诸如HF的能够减少氧化物膜的溶液来移除氧化物膜的设备、热分解设备等等作为移除单元12。优选地，移除单元12使用卤素等离子体或H等离子体来移除氧化物膜。
用作形成单元11和移除单元12的等离子体发生器没有特别的限制，并且例如，可以使用平行板型反应离子蚀刻(RIE)设备、电感耦合等离子体(ICP)型RIE设备、电子回旋共振(ECR)型RIE设备、表面波等离子体(SWP)型RIE设备、化学气相沉积(CVD)设备等等。
连接单元13连接形成单元11和移除单元12以允许输送SiC衬底1。连接单元13中用于输送SiC衬底1的区域(即，内部空间)能够与空气隔绝。
这里，与空气隔绝(即，与空气隔绝的气氛)是指没有空气被引入其中的气氛，例如，真空气氛或者包含惰性气体或者氮气的气氛。具体地，与空气隔绝的气氛是例如真空气氛，或者填充有诸如氮(N)、氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)或者其组合的气体的气氛。
在本实施例中，连接单元13耦合形成单元11的内部与移除单元12的内部。连接单元13在其内部具有用于将离开形成单元11的SiC半导体输送到移除单元12的空间。具体地，连接单元13被安装为在没有将SiC半导体暴露到空气的情况下将SiC半导体从形成单元11输送到移除单元12。
连接单元13具有允许在其中输送SiC衬底1的大小。此外，连接单元可以具有允许输送布置在基座上的SiC衬底1的大小。连接单元13例如为耦合形成单元11的出口和移除单元12的入口的加载锁定腔室(load lock chamber)。
此外，清洗设备10可以进一步包括设置在连接单元13内部、用于将SiC半导体从形成单元11输送到移除单元12的第一输送单元。清洗设备10可以进一步包括第二输送单元，用于在与空气隔绝的气氛中，从清洗设备10取出其氧化物膜已经通过移除单元12移除了的SiC半导体，或者将SiC半导体输送到用于形成构成半导体器件的氧化物膜的氧化物膜形成单元。第一输送单元和第二输送单元可以是相同或者不同的。
此外，清洗设备10可以进一步包括第一隔绝单元，其设置在形成单元11和连接单元13之间，用于将形成单元11的内部与连接单元13的内部隔绝。清洗设备10可以进一步包括第二隔绝单元，其设置在移除单元12和连接单元13之间，用于将移除单元12的内部与连接单元13的内部隔绝。例如，可以使用能够封闭每个连通部分的阀门、门等等作为隔绝单元。
另外，清洗设备10可以进一步包括真空泵，用于排出内部气氛气体；以及替换气体瓶，用于替换内部气氛气体。真空泵和替换气体瓶可以连接到形成单元11、移除单元12和连接单元13中的每一个，或者可以连接到其中的至少一个。
虽然除了上述元件之外，清洗设备10还可以包括各种元件，但是为了描述的方便起见，将省略这些元件的表示和描述。
此外，虽然图1示出了具有仅耦合形成单元11和移除单元12的形状的连接单元13，但是本发明特别不限于此。例如，与空气隔绝的腔室可以用作连接单元13，并且形成单元11和移除单元12可以设置在该腔室内。
图2是示意性地示出根据本发明的实施例1制备的SiC半导体的横截面图。图3是示出根据本发明的实施例1的用于SiC半导体的清洗方法的流程图。图4是示意性地示出根据本发明的实施例1的在SiC半导体上形成氧化物膜的状态的横截面图。图5是示意性地示出根据本发明的实施例1的移除了氧化物膜的状态的横截面图。接下来，参考图1至5，将描述根据本发明的一个实施例的用于SiC半导体的清洗方法。在本实施例中，将描述清洗作为SiC半导体的图2中所示的SiC衬底1的方法。此外，在本实施例中，将使用图1中所示的用于SiC半导体的清洗设备10。
首先，如图2和图3中所示，制备具有前表面1a的SiC衬底1(步骤S1)。虽然SiC衬底1没有特别的限制，但是能够通过下述方法来制备SiC衬底1。
具体地，制备SiC锭，该SiC锭例如通过诸如氢化物气相外延(HVPE)方法、分子束外延(MBE)方法、有机金属气相外延(OMVPE)方法、升华方法和CVD方法的气相生长方法；诸如溶剂法和高氮压溶液方法的液相生长方法等等生长。之后，从SiC锭切取具有前表面的SiC衬底。切取SiC衬底的方法没有特别的限制，并且通过切片等等从SiC锭切取SiC衬底。之后，对切取的SiC衬底的前表面进行抛光。可以仅抛光前表面或者可以进一步抛光与前表面相反的后表面。虽然抛光方法没有特别的限制，但是，例如可以采用化学机械抛光(CMP)来使前表面平坦化并且减少诸如缺陷的损伤。在CMP中，使用硅溶胶作为抛光剂，使用金刚石或者铬氧化物作为研磨粒并且使用粘合剂、蜡等等作为固定剂。除CMP之外或者代替CMP，可以进一步使用诸如电场抛光方法、化学抛光方法以及机械抛光方法的其它抛光。此外，可以省略抛光。从而，能够制备图2中所示的具有前表面1a的SiC衬底1。例如，可以使用具有n导电类型和0.02Ωcm的电阻率的衬底作为这样的SiC衬底1。
接下来，如图3和4中所示，在SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3(步骤S2)。在步骤S2中，使用O等离子体形成氧化物膜3。在本实施例的步骤S2中，通过图1中所示的清洗设备10的形成单元11形成氧化物膜3。
这里，O等离子体意指从包含O元素的气体产生的等离子体，并且能够通过将O气体供应到等离子体发生器来产生O等离子体。“使用O等离子体形成氧化物膜3”意指使用了利用包含O元素的气体的等离子体形成氧化物膜3。换言之，这意味着通过利用从包含O元素的气体产生的等离子体来进行处理，从而形成氧化物膜3。
在步骤S2，优选地在不小于200℃并且不大于700℃下形成氧化物膜3。可以通过例如在不小于200℃并且不大于700℃下加热SiC衬底1的与前表面1a相反的后表面来实施在不小于200℃并且不大于700℃下形成氧化物膜3的步骤。如果在不小于200℃并且不大于700℃下形成氧化物膜3，则能够以提高的产量形成氧化物膜3。此外，由于能够减少电力，因此，能够以减少的成本形成氧化物膜3。此外，能够均匀地形成氧化物膜3。
另外，在步骤S2，在不小于0.1Pa并且不大于20Pa的气氛下形成氧化物膜3。在该情况下，能够增强与SiC衬底1的前表面1a的反应性。
在步骤S2，形成厚度例如不小于一个分子层并且不大于30nm的氧化物膜3。通过形成厚度不小于一个分子层的氧化物膜3，氧化物膜3能够吸收前表面1a上的杂质、颗粒等等。通过形成厚度不大于30nm的氧化物膜3，能够在后面描述的步骤S3中容易地移除氧化物膜3。
通过执行步骤S2，能够使粘附到SiC衬底1的前表面1a的颗粒、金属杂质等等进入氧化物膜3的前表面和内部中。应注意的是，氧化物膜3例如为氧化硅。
接下来，参考图1，具有通过形成单元11形成的氧化物膜3的SiC衬底1被输送到移除单元12。这时，在具有与空气隔绝的气氛的连接单元13内输送SiC衬底1。换言之，在形成氧化物膜3的步骤S2与移除氧化物膜3的步骤S3之间，SiC衬底1被设置与空气隔绝的气氛中。这能够抑制空气中包含的杂质在氧化物膜3形成之后粘附到SiC衬底1。
接下来，如图3和图5中所示，移除氧化物膜3(步骤S3)。在本实施例的步骤S3中，通过图1中所示的清洗设备10的移除单元12移除氧化物膜3。
移除氧化物膜3的方法没有特别的限制，并且例如可以使用卤素等离子体、H等离子体、热分解、干法蚀刻、湿法蚀刻等等。
卤素等离子体是指从包含卤素元素的气体产生的等离子体。卤素元素包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)。“使用卤素等离子体移除氧化物膜3”意指使用了利用包含卤素元素的气体的等离子体蚀刻氧化物膜3。换言之，“使用卤素等离子体移除氧化物膜3”意指通过使用从包含卤素元素的气体产生的等离子体的处理来移除氧化物膜3。
优选地，使用F等离子体作为卤素等离子体。F等离子体是指从包含F元素的气体产生的等离子体，并且能够例如通过将诸如四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、氟氯化碳(C2F6)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、二氟代氙(XeF2)、氟(F2)和三氟化氯(ClF3)的单一气体或者上述气体的混合气体供应到等离子体发生器来产生F等离子体。“使用F等离子体移除氧化物膜3”意指使用了利用包含F元素的气体的等离子体移除氧化物膜3。换言之，“使用F等离子体移除氧化物膜3”意指通过使用从包含F元素的气体产生的等离子体的处理移除氧化物膜3。
H等离子体意指从包含H元素的气体产生的等离子体，并且能够例如通过将H2气体供应到等离子体发生器来产生H等离子体。“使用H等离子体移除氧化物膜3”意指使用利用包含H元素的气体的等离子体蚀刻氧化物膜3。换言之，“使用H等离子体移除氧化物膜3”意指通过利用从包含H元素的气体产生的等离子体的处理来移除氧化物膜3。
如果在步骤S3中使用卤素等离子体或者H等离子体，则优选的是，在不小于20℃并且不大于400℃的温度下移除氧化物膜3。在该情况下，能够减少对于SiC衬底1的损伤。
此外，如果在步骤S3中使用卤素等离子体或者H等离子体，则优选的是在不小于0.1Pa并且不大于20Pa的压力下移除氧化物膜3。在该情况下，能够增强卤素等离子体或者H等离子体与氧化物膜3的反应性，并且因此能够容易地移除氧化物膜3。
关于热分解，优选的是，在不包含O的气氛中，并且在不小于1200℃并且不大于SiC的升华温度的温度下对氧化物膜3进行热分解。如果在不小于1200℃下在不包含O的气氛中对氧化物膜3进行加热，那么氧化物膜3能够容易地热分解。将温度设定为不大于SiC的升华温度能够抑制SiC衬底1的劣化。此外，从促进反应的能力的角度，优选地在减小的压力下执行热分解。
关于干法蚀刻，例如在不小于1000℃并且不大于SiC的升华温度下，使用氢气(H2)气体和氯化氢(HCl)气体中的至少一种来移除氧化物膜3。不小于1000℃的温度下的氢气气体和氯化氢气体在减少氧化物膜3方面是高度有效的。如果氧化物膜是SiOx，则氢气气体将SiOx分解为H2O和SiHy，并且氯化氢气体将SiOx分解为H2O和SiClz。将温度设定为不大于SiC的升华温度能够抑制外延晶圆100的劣化。此外，从促进反应的能力的角度，优选地在减小的压力下执行干法蚀刻。
关于湿法蚀刻，例如使用诸如HF或者NH4F(氟化氨)的溶液来移除氧化物膜3。对于湿法蚀刻，优选的是，使用HF，并且更优选的是，使用浓度不小于1％并且不大于10％的稀HF(DHF)。如果使用HF移除氧化物膜3，则能够例如通过将HF储存在反应容器中并且将SiC衬底1浸泡在HF中来移除氧化物膜3。
如果执行诸如湿法蚀刻的使用液相的湿法清洗，则可以在湿法清洗之后利用纯水清洗SiC衬底1的前表面1a(即，纯水漂洗步骤)。纯水优选地为超纯水。可以通过将超声波施加到纯水来执行清洗。可以省略纯水漂洗步骤。
此外，如果执行湿法清洗，则可以对SiC衬底1的前表面1a进行干燥(即，干燥步骤)。虽然干燥方法没有特别的限制，但是例如通过旋转式干燥器(spin dryer)等等来干燥前表面1a。可以省略干燥步骤。
通过执行步骤S3，能够移除在步骤S2中吸收了杂质、颗粒等等的氧化物膜3。因此，能够移除粘附到在步骤S1中制备的SiC衬底1的前表面1a的杂质、颗粒等等。
通过执行上述步骤(步骤S1至S3)，能够实施如例如图5中所示的、前表面2a具有减少的杂质和颗粒的SiC衬底2。
可以重复上述步骤S2和S3。此外，可以根据需要在步骤S1之后额外地执行使用另一种溶液的清洗步骤、纯水漂洗步骤、干燥步骤等等。另一种溶液的示例包括包含硫酸以及双氧水的SPM。如果在步骤S2之前执行使用SPM的清洗，则还能够移除有机物质。此外，可以在步骤S2之前执行RCA清洗等等。
如上所述，根据本实施例的用于作为SiC半导体的SiC衬底1的清洗方法包括在SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3(步骤S2)和移除氧化物膜3(步骤S3)，并且在形成氧化物膜3的步骤(步骤S2)中使用O等离子体。
本发明的发明人关注于下述事实：当在专利文献1中描述的清洗方法被应用于SiC半导体时，SiC半导体的前表面被氧化的可能性较小，这是因为SiC是具有比Si更好的热稳定性的化合物。具体地，虽然专利文献1中描述的清洗方法能够氧化Si的前表面，但是不能完全地氧化SiC的前表面，并且因此，不能完全清洗SiC半导体的前表面。因此，本发明的发明人认真地进行了关于氧化SiC半导体的前表面的研究，并且最终发现，能够通过使用O等离子体并且因此利用活性O来容易地形成氧化物膜3。此外，由于SiC是结晶学上坚固(crystallographically robust)的，因此即使使用引起对于Si衬底的损伤的O等离子体也不容易损伤SiC衬底1。因此，能够在步骤S2中容易地使粘附到前表面1a的诸如钛(Ti)的金属杂质、颗粒等等进入氧化物膜3中。通过在步骤S3中移除氧化物膜3，能够移除SiC衬底1的前表面1a上的杂质、颗粒等等。因此，根据本实施例的用于SiC衬底1的清洗方法能够实现SiC半导体上的清洗效果。
此外，在步骤S2中，在干燥气氛中使用O等离子体形成氧化物膜3。由于等离子体是清洗的，因此这也是环保的。此外，由于与在湿气氛(即，包括液相的气氛)中形成氧化物膜的情况相比，在使用等离子体形成氧化物膜3的步骤中能够省略诸如水洗以及干燥的后处理，因此能够容易地清洗SiC衬底1。此外，由于不需要诸如水洗的后处理，因此，能够抑制步骤S3之后的SiC衬底2的前表面2a上的水印的产生。
优选地，在根据本实施例的用于作为SiC半导体的SiC衬底1的清洗方法中，在移除氧化物膜3的步骤(步骤S3)中使用卤素等离子体或者H等离子体。
通过利用由卤素等离子体引起的活性卤素或者由H等离子体引起的活性H来移除氧化物膜3，能够减少由于SiC的面取向导致的各向异性的影响。因此，能够移除形成在SiC衬底1的前表面1a上的氧化物膜3以减少面内变化。即，能够在不受到氧化物膜3的质量的影响的情况下均匀地移除氧化物膜3。因此，能够移除SiC衬底1的前表面1a上的杂质、颗粒等等以减少前表面1a中的面内变化。此外，还能够抑制形成在SiC衬底1的前表面1a上的氧化物膜3被局部地残留。此外，由于能够抑制仅在SiC衬底的面内的区域的一部分中蚀刻的过程，因此还能够抑制SiC衬底1的前表面1a中的局部凹陷。因此，能够清洗SiC衬底1以使其具有良好的前表面特性。
优选地，在根据本实施例的用于作为SiC半导体的SiC衬底1的清洗方法中，使用O等离子体在SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3(步骤S2)，并且使用卤素等离子体或者H等离子体移除氧化物膜3(步骤S3)。从而，能够在干燥气氛中(即，在气相中)清洗SiC衬底1的前表面1a。在湿气氛(即，包括液相的气氛)中清洗时，金属离子可能被包含在用于清洗的液相、仪器等等中。此外，存在下述趋势，即来自清洗腔室的颗粒很可能增加。因此，与湿气氛(即，包括液相的气氛)中的清洗相比，干燥气氛中的清洗更能够减少前表面上的金属杂质和颗粒。
根据本实施例的用于作为SiC半导体的SiC衬底的清洗设备10包括用于使用O等离子体在SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3的形成单元11；用于移除氧化物膜3的移除单元12；以及用于连接形成单元11和移除单元12以允许输送SiC衬底1，并且具有能够与空气隔绝的用于输送SiC衬底1的区域的连接单元13。
根据依照本实施例的用于SiC衬底1的清洗设备10，能够使用O等离子体在作为是稳定化合物的SiC半导体的SiC衬底1的前表面1a上容易地形成氧化物膜3。从而，能够容易地使得粘附到前表面1a的杂质、颗粒等等进入氧化物膜3。通过移除氧化物膜3，能够移除SiC衬底1的前表面1a上的杂质、颗粒等等。因此，根据本实施例的用于SiC衬底1的清洗设备10能够实现SiC半导体上的清洗效果。
另外，能够抑制在形成单元11中在SiC衬底1上形成氧化物膜3之后以及在移除单元12中移除氧化物3膜时将SiC衬底1暴露到空气。这能够抑制空气中的杂质再一次粘附到SiC衬底1的前表面1a。因此能够清洗SiC衬底1以使其具有良好的前表面特性。
(修改例)
图6是根据本发明的实施例1的修改例的用于SiC半导体的清洗设备20的示意图。将参考图6描述根据本实施例的修改例的用于SiC半导体的清洗设备20。
如图6中所示，根据该修改例的清洗设备20包括腔室21、第一气体供应单元22、第二气体供应单元23以及真空泵24。第一气体供应单元22、第二气体供应单元23以及真空泵24连接到腔室21。
腔室21是其中容纳SiC衬底1的等离子体发生器。作为等离子体发生器，可以使用平行板型RIE设备、ICP型RIE设备、ECR型RIE设备、SWP型RIE设备、CVD设备等等。
第一和第二气体供应单元22、23将气体从等离子体产生源供应到腔室21。第一气体供应单元22供应包含O的气体。因此，第一气体供应单元22能够在腔室21内产生O等离子体，并且从而能够在SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3。第二气体供应单元23供应包含例如卤素或H的气体。因此，第二气体供应单元23能够在腔室21内产生卤素等离子体或者H等离子体，并且从而能够移除在SiC衬底1的前表面1a上形成的氧化物膜3。
真空泵24使真空21的内部变为真空。因此，在使用O等离子体在SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3之后，能够在腔室21的内部变为真空的情况下使用卤素等离子体或者H等离子体移除氧化物膜3。应注意的是，可以省略真空泵24。
虽然除了上述元件之外，图6中所示的清洗设备可以包括各种元件，但是为了描述方便起见，将省略这些元件的表示和描述。
如上所述，根据本实施例的修改例的用于SiC半导体的清洗设备20包括用于使用O等离子体在作为SiC半导体的SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3的形成单元；以及用于移除氧化物膜3的移除单元，其中形成单元和移除单元是同一的(即，腔室21)。即，在清洗设备20中，形成单元和移除单元被共用。
根据依照该修改例的用于作为SiC半导体的SiC衬底1的清洗设备20，能够使用O等离子体在是稳定化合物的SiC衬底1的前表面1a上容易地形成氧化物膜3。从而，能够容易地使粘附到前表面1a的杂质、颗粒等等进入氧化物膜3。通过移除氧化物膜3，能够移除SiC衬底1的前表面1a上的杂质、颗粒等等。因此，根据该修改例的用于SiC衬底1的清洗设备20能够实现SiC半导体上的清洗效果。
另外，由于不需要在形成单元中在SiC衬底1上形成氧化物膜3之后以及在移除单元中移除氧化物膜3时输送SiC衬底1，因此，SiC衬底1没有暴露到空气。换言之，在形成氧化物膜3的步骤S2和移除氧化物膜3的步骤S3之间，SiC衬底被设置在与空气隔绝的气氛中。这能够抑制在清洗SiC衬底1的过程中空气中的杂质再次粘附到SiC衬底1的前表面1a。这还能够抑制污染等等的增加。因此，能够清洗SiC衬底1以使其具有良好的前表面特性。
(实施例2)
图7是示意性地示出根据本发明的实施例2的待清洗的SiC半导体的横截面图。图8是示出根据本发明的实施例2的用于SiC半导体的清洗方法的流程图。图9至图11每个均是示意性地示出根据本发明的实施例2的用于SiC半导体的清洗方法的一个步骤的横截面图。将参考图2、图4、图5和图7至图11描述根据本实施例的用于SiC半导体的清洗方法。在本实施例中，将描述清洗作为SiC半导体的外延晶圆100的方法，该外延晶圆包括SiC衬底2和形成在SiC衬底2上的外延层120，如图7中所示。
首先，如图2和图8中所示，制备SiC衬底1(步骤S 1)。由于步骤S 1与实施例1中的步骤相同，因此，将不重复其描述。
接下来，如图4和图8中所示，在SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3(步骤S2)，并且之后如图5和图8中所示，移除氧化物膜3(步骤S3)。由于步骤S2和S3与实施例1中的步骤相同，因此将不重复其描述。由此能够清洗SiC衬底1的前表面1a，并且能够制备前表面2a具有减少的杂质和颗粒的SiC衬底2。应注意的是，可以省略SiC衬底1的前表面1a的清洗。
接下来，如图7至图9中所示，通过气相生长方法、液相生长方法等等在SiC衬底2的前表面2a上形成外延层120(步骤S4)。在本实施例中，例如，如下所述地形成外延层120。
具体地，如图9中所示，在SiC衬底2的前表面2a上形成缓冲层121。缓冲层121是例如由具有n导电类型的SiC制成、并且具有例如0.5μm的厚度的外延层。此外，缓冲层121的导电杂质的浓度例如为5×1017cm-3。
之后，如图9中所示，在缓冲层121上形成击穿电压保持层122。通过气相生长方法、液相生长方法等等形成由具有n导电类型的SiC制成的层作为击穿电压保持层122。击穿电压保持层122具有例如15μm的厚度。此外，击穿电压保持层122中的n型导电杂质的浓度例如为5×1015cm-3。
接下来，如图7和图8中所示，将离子注入到外延层120中(步骤S5)。在本实施例中，如下所述，如图7中所示，形成p型阱区123、n+源极区域124和p+接触区域125。首先，通过将具有p导电类型的杂质选择性地注入到击穿电压保持层122的一部分中来形成阱区123。之后，通过将n型导电杂质选择性地注入到规定区域来形成源极区域124，并且通过将具有p导电类型的导电杂质选择性地注入到规定区域中来形成接触区域125。例如，使用由氧化物膜制成的掩膜来执行杂质的选择性注入。在每次杂质注入之后移除掩膜。
在这样的注入步骤之后，可以执行活化退火处理。例如，在氩气氛中，在1700℃的加热温度下执行退火30分钟。
通过这些步骤，能够制备如图7中所示的包括SiC衬底2和形成在SiC衬底2上的外延层120的外延晶圆100。
接下来，清洗外延晶圆100的前表面100a。具体地，如图8和图10中所示，使用O等离子体在外延晶圆100的前表面100a上形成氧化物膜3(步骤S2)。
这里的步骤S2与根据实施例1的在SiC衬底1的前表面1a上形成氧化物膜3的步骤S2相同。然而，如果由于在步骤S5中将离子注入到外延晶圆中而导致前表面100a的损伤，则损伤的层可以被氧化以被移除。在该情况下，例如，氧化从前表面100a朝向SiC衬底2的深度超过10nm并且不超过100nm的部分。
接下来，移除在外延晶圆100的前表面100a上形成的氧化物膜3(步骤S3)。由于这里的步骤S3与根据实施例1的移除在SiC衬底1的前表面1a上形成的氧化物膜3的步骤S3相同，因此将不重复其描述。
通过执行以上步骤(S 1至S5)，能够清洗粘附到外延晶圆100的前表面100a的杂质、颗粒等等。应注意的是，如在实施例1中，可以重复地执行步骤S2和步骤S3，并且可以进一步包括另外的清洗步骤。从而能够实施如例如图11中所示的、前表面101a具有减少的杂质和颗粒的外延晶圆101。
应注意的是，可以使用图1中所示的清洗设备10和图6中所示的清洗设备20中的任何一个来清洗根据本实施例的外延晶圆100。当使用图1中所示的清洗设备10时，在清洗设备10的连接单元13中输送其上形成有氧化物膜3的外延晶圆100。因此，连接单元13具有允许输送外延晶圆100或者其上放置有外延晶圆100的基座的形状。
如上所述，根据依照本实施例的外延晶圆100的清洗方法，由于SiC是晶体鲁棒的，因此，能够使用由于导致损伤而在Si中不能够使用的O等离子体来在外延晶圆100的前表面100a上形成氧化物膜3。能够通过利用由O等离子体引起的活性O来容易地形成氧化物膜3。因此，能够容易地使粘附到前表面100a的杂质、颗粒等等进入氧化物膜3。通过移除氧化物膜3，能够移除外延晶圆100的前表面100a上的杂质、颗粒等等。此外，由于SiC半导体是稳定化合物，因此即使使用O等离子体也较少地损伤外延晶圆100。因此，根据本实施例的清洗方法能够实现外延晶圆100的前表面100a上的清洗效果。
通过执行根据本实施例的用于作为SiC半导体的外延晶圆100的清洗方法，能够制造如图11中所示的前表面101a具有减少的杂质和颗粒的外延晶圆101。如果在前表面101a上形成诸如栅极氧化物膜的构成半导体器件的绝缘膜来制造半导体器件，能够改进绝缘膜的特性，并且能够减少在前表面101a和绝缘膜之间的界面以及绝缘膜内部存在的杂质、颗粒等等。因此，半导体器件能够在被施加反向电压时具有提高的击穿电压，并且当施加正向电压时能够具有改进的操作稳定性和长时间可靠性。因此，根据本发明的用于SiC半导体的清洗方法特别适用于在栅极氧化物膜形成之前的外延晶圆100的前表面100a。
通过根据本实施例的清洗方法清洗的外延晶圆101能够适用于具有绝缘膜的半导体器件，这是因为绝缘膜形成在清洗后的前表面101a上并且因此能够改进绝缘膜的特性。因此，根据本实施例清洗的外延晶圆101能够适用于例如具有诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、结型场效应晶体管(JFET)等等的绝缘栅型场效应单元的半导体器件。
在实施例1中，已经描述了清洗SiC衬底1的前表面1a的方法。在实施例2中，已经描述了清洗外延晶圆100的前表面100a的方法，其中外延晶圆100包括SiC衬底2和形成在SiC衬底2上的SiC外延层120，并且SiC外延层120具有被注入离子的前表面100a。然而，根据本发明的清洗方法也可应用于具有没有被注入离子的前表面的SiC外延层。此外，在清洗外延晶圆100的情况下，可以清洗构成外延晶圆100的SiC衬底2的前表面2a和外延晶圆100的前表面100a中的至少一个。即，根据本发明的用于SiC半导体的清洗方法包括清洗SiC衬底的情况(i)；以及清洗具有SiC衬底和形成在SiC衬底上的SiC外延层的外延晶圆的情况(ii)。情况(ii)中的SiC外延层包括从前表面被注入离子的情况和没有被注入离子的情况。
[示例]
在本示例中，通过清洗作为SiC半导体的图12中所示的外延晶圆130来检查使用O等离子体形成氧化物膜的效果。应注意的是，图12是示意性地示出示例中待清洗的外延晶圆130的横截面图。
(本发明的示例1)
具体地，首先，制备具有前表面2a的4H-SiC衬底作为SiC衬底2(步骤S1)。
接下来，通过CVD方法生长具有10μm的厚度和1×1016cm-3的杂质浓度的p型SiC层131作为构成外延层120的层(步骤S4)。
接下里，使用SiO2作为掩膜，形成具有磷(P)作为n型杂质并且杂质浓度为1×1019cm-3的源极区域124和漏极区域129，并且还形成具有铝(A1)作为p型杂质并且杂质浓度为1×1019cm-3的接触区域125(步骤S5)。在每次离子注入之后移除掩膜。
接下来，执行活化退火处理。使用Ar气体作为气氛气体，在1700至1800℃的温度下执行活化退火处理达到30分钟的加热时间。从而，制备具有前表面130a的外延晶圆130。
接下来，使用图1中所示的清洗设备10清洗外延晶圆130的前表面130a。
具体地，使用O等离子体在制备的外延晶圆130的前表面130a上形成氧化物膜(步骤S2)。在步骤S2中，平行板型RIE用作形成单元11，外延晶圆130被放置在形成单元11内，并且然后在下述条件下产生O等离子体。在下述状态中形成氧化物膜：以50sccm供应O2气体，形成单元11内的气氛的压力被设定为1.0Pa，外延晶圆130中的SiC衬底2的后表面被加热到400℃，并且施加500W的功率。确认的是，能够在外延晶圆130的前表面130a上形成1nm厚的氧化物膜。
接下来，将在形成单元11中的其上形成有氧化物膜的外延晶圆130输送到移除单元12。这时，通过具有与空气隔绝的气氛的连接单元13的内部输送外延晶圆130。
接下来，使用HF移除氧化物膜(步骤S3)。在步骤S3中，通过将HF储存在移除单元12内并且将外延晶圆130浸泡在HF中来移除氧化物膜3。确认的是，因此能够移除在步骤S2中形成的氧化物膜。
之后，从清洗设备10中取出外延晶圆130，并且利用纯水清洗外延晶圆130的前表面(即，纯水漂洗步骤)。接下来，通过旋转方法干燥外延晶圆130(即，干燥步骤)。
接下来，重复上述使用O等离子体形成氧化物膜的步骤S2、移除氧化物膜的步骤S3、纯水漂洗步骤以及干燥步骤。
通过上述步骤(步骤S1至S5)，对外延晶圆130的前表面130a进行清洗。在根据本发明的示例1而被清洗的前表面上，与清洗之前的前表面130a相比，杂质和颗粒减少。
(本发明的示例2)
在本发明的示例2中，首先，制备与本发明的示例1中的外延晶圆相同的图12中所示的外延晶圆130。
接下来，对外延晶圆130进行清洗。虽然，根据本发明的示例2的外延晶圆130的清洗方法与根据本发明的示例1的外延晶圆130的清洗方法基本上相同，但是不同之处在于在移除氧化物膜的步骤S3中使用F等离子体来替代HF，并且使用图6中所示的清洗设备20来代替图1中所示的清洗设备10。
具体地，在本发明的示例2中，利用图6中所示的平行板型RIE清洗设备20使用O等离子体形成氧化物膜(步骤S2)。在步骤S2中，外延晶圆130被放置在图6中所示的腔室21内部，并且然后在与本发明的示例1中的条件相同的条件下产生O等离子体。具体地，在下述状态下形成氧化物膜：以50sccm从第一气体供应单元22供应O2气体，腔室21内的气氛的压力被设定为1.0Pa，外延晶圆130中的SiC衬底2的后表面被加热到400℃，并且施加500W的功率。确认的是，能够在外延晶圆130的前表面130a上形成1nm厚的氧化物膜。
接下来，在外延晶圆130被放置在腔室21内部的情况下，使用F等离子体移除氧化物膜(步骤S3)。在步骤S3中，在下述状态下移除氧化物膜：停止从第一气体供应单元22供应O，以30sccm从第二气体供应单元23供应F2气体，腔室21内的气氛的压力被设定为1.0Pa，外延晶圆130中的SiC衬底2的后表面被加热到400℃，并且施加300W的功率。确认的是，由此能够移除在步骤S2中形成的氧化物膜。还确认的是，与本发明的示例1相比，能够更均匀地(即，以减少的面内变化)移除在步骤S2中形成的氧化物膜。
通过上述步骤(步骤S1至S5)，清洗了外延晶圆130的前表面130a。在根据本发明的示例2而被清洗的前表面上，与清洗之前的前表面130a相比，杂质和颗粒都减少了。此外，在清洗后的前表面上，没有局部地剩余氧化物膜。
如上所述，根据本示例，发现能够通过使用O等离子体在SiC半导体的前表面上形成氧化物膜并且移除氧化物膜来实现SiC半导体上的清洗效果。
还发现的是，通过使用F等离子体移除形成在SiC半导体的前表面上的氧化物膜，能够移除粘附到前表面的杂质、颗粒等等以减少面内变化，并且因此，能够清洗SiC半导体以使其具有良好的前表面特性。
虽然在上面已经描述了根据本发明的实施例和示例，但是本意在于适当地组合实施例和示例的特征。此外，应理解的是，这里公开的实施例和示例在各方面都是示例性和非限制性的。本发明的范围由权利要求的范围来限定，而不是由上述实施例和示例来限制，并且本发明意在包括落入权利要求的范围的等价物的范围和含义内的任何修改
附图标记列表
1、2：SiC衬底；1a、2a、100a、101a、130a：前表面；3：氧化物膜；10、20：清洗设备；11：形成单元；12：移除单元；13：连接单元；21：腔室；22：第一气体供应单元；23：第二气体供应单元；24：真空泵；100、101、130：外延晶圆；120：外延层；121：缓冲层；122：击穿电压保持层；123：阱区；124：源极区域；125：接触区域；129：漏极区域；131：p型SiC层。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于碳化硅半导体的清洗方法，包括以下步骤：
在碳化硅半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)，所述氧化物膜(3)具有不小于一个分子层并且不大于30nm的厚度；以及
移除所述氧化物膜(3)，
其中在形成所述氧化物膜(3)的步骤中使用氧等离子体。
2.一种用于碳化硅半导体的清洗方法，包括以下步骤：
在碳化硅半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)；以及
移除所述氧化物膜(3)，
其中，在形成所述氧化物膜(3)的步骤中，使用氧等离子体，在不小于200℃并且不大于700℃的温度下形成所述氧化物膜(3)。
3.根据权利要求2所述的用于碳化硅半导体的清洗方法，其中，在形成所述氧化物膜(3)的步骤中，在不小于0.1Pa并且不大于20Pa的压力下形成所述氧化物膜(3)。
4.根据权利要求2所述的用于碳化硅半导体的清洗方法，其中在移除所述氧化物膜(3)的步骤中使用氟化氢。
5.一种用于碳化硅半导体的清洗方法，包括以下步骤：
在碳化硅半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)；以及
移除所述氧化物膜(3)，
其中在形成所述氧化物膜(3)的步骤和移除所述氧化物膜(3)的步骤之间，在与空气隔绝的气氛中输送所述碳化硅半导体(1)。
6.一种用于碳化硅半导体的清洗设备，包括：
形成单元(11)，所述形成单元(11)用于使用氧等离子体在碳化硅半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)；
移除单元(12)，所述移除单元(12)用于移除所述氧化物膜(3)；以及
连接单元(13)，所述连接单元(13)用于连接所述形成单元(11)和所述移除单元(12)以允许输送所述碳化硅半导体(1)，
其中所述连接单元(13)中的用于输送所述碳化硅半导体(1)的区域能够与空气隔绝。
7.一种用于碳化硅半导体的清洗设备，包括：
形成单元(11)，所述形成单元(11)用于使用氧等离子体在碳化硅半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)；以及
移除单元(12)，所述移除单元(12)用于移除所述氧化物膜(3)，
其中所述形成单元(11)和所述移除单元(12)是同一的。

Claims (7)

1.一种用于碳化硅半导体的清洗方法，包括以下步骤：
在碳化硅半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)；以及
移除所述氧化物膜(3)，
其中在形成所述氧化物膜(3)的步骤中使用氧等离子体。
2.根据权利要求1所述的用于碳化硅半导体的清洗方法，其中，在形成所述氧化物膜(3)的步骤中，在不小于200℃并且不大于700℃的温度下形成所述氧化物膜(3)。
3.根据权利要求1所述的用于碳化硅半导体的清洗方法，其中，在形成所述氧化物膜(3)的步骤中，在不小于0.1Pa并且不大于20Pa的压力下形成所述氧化物膜(3)。
4.根据权利要求1所述的用于碳化硅半导体的清洗方法，其中在移除所述氧化物膜(3)的步骤中使用氟化氢。
5.根据权利要求1所述的用于碳化硅半导体的清洗方法，其中在形成所述氧化物膜(3)的步骤和移除所述氧化物膜(3)的步骤之间，所述碳化硅半导体(1)被设置在与空气隔绝的气氛中。
6.一种用于碳化硅半导体的清洗设备，包括：
形成单元(11)，所述形成单元(11)用于使用氧等离子体在碳化硅半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)；
移除单元(12)，所述移除单元(12)用于移除所述氧化物膜(3)；以及
连接单元(13)，所述连接单元(13)用于连接所述形成单元(11)和所述移除单元(12)以允许输送所述碳化硅半导体(1)，
其中所述连接单元(13)中的用于输送所述碳化硅半导体(1)的区域能够与空气隔绝。
7.一种用于碳化硅半导体的清洗设备，包括：
形成单元(11)，所述形成单元(11)用于使用氧等离子体在碳化硅半导体(1)的前表面上形成氧化物膜(3)；以及
移除单元(12)，所述移除单元(12)用于移除所述氧化物膜(3)，
其中所述形成单元(11)和所述移除单元(12)是同一的。
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