CN109518271A - 一种SiC外延表面的预处理及外延生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种SiC外延表面的预处理及外延生长方法,其中预处理包括以下步骤:将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中在氢气氛下加热至第一温度;在所述反应腔室中通入一定量的硅的氯化物,继续加热至第二温度,并在所述第二温度下保持一段时间;其中,所述第二温度高于所述第一温度,且所述第二温度和所述第一温度均高于1000℃且低于1600℃。本发明采用硅的氯化物及氢对SiC外延表面进行预处理,可以降低反应腔室气压并控制预处理的温度低于1600℃,从而可在去除SiC表面原生氧化物的同时,有效的提高SiC外延表面光滑度,减少表面缺陷,后续外延生长AlN、GaN或SiC薄膜可以得到高质量、低缺陷的SiC外延片。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,特别是涉及一种SiC外延表面的预处理及外延生长方法。
背景技术
作为一种新型的半导体材料,SiC以其优良的物理化学特性和电特性成为制造短波长光电子器件、高温器件、抗辐照器件和大功率、高额电子器件最重要的半导体材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时,SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。因此,SiC器件已逐步成为关键器件之一,发挥着越来越重要的作用。以SiC为衬底制作器件通常需要在SiC上外延AlN、GaN、SiC等材料,这些外延片的品质往往对器件寿命、器件性能至关重要。减少在SiC上外延AlN、GaN、SiC等材料的缺陷,需要在外延之前减少SiC表面的缺陷。SiC作为衬底进行外延之前一般需要用氢进行预处理,因为SiC表面通常覆盖有原生的氧化硅层。然而,用氢进行预处理需要1600℃的高温,这样的高温容易导致SiC表面出现缺陷,而在有缺陷的表面外延生长的AlN、GaN、SiC等薄膜,自然也会出现缺陷。
日本专利公开号P2005-277229A的专利文献公开了一种碳化硅平滑基板的制作方法。该文献提出采用氢气和少量单硅烷的混合物对碳化硅基板进行预处理。这种预处理方式对SiC和表面的原生氧化物有适度的清洗效果,对碳化硅基板能起到一定的平滑作用。但该处理方法仍需1600℃的高温,处理后的晶圆表面粗糙度仍然有待提高。
有鉴于此,实有必要提供一种新的SiC外延表面的预处理方法,以减少在SiC上外延AlN、GaN、SiC等材料的缺陷,提高SiC外延片的质量。
发明内容
鉴于以上所述现有技术,本发明的目的在于提供一种SiC外延表面的预处理及外延生长方法,用于解决现有技术中SiC外延片的质量缺陷问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种SiC外延表面的预处理方法,包括以下步骤:
将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中在氢气氛下加热至第一温度;
在所述反应腔室中通入一定量的硅的氯化物,继续加热至第二温度,并在所述第二温度下保持一段时间;
其中,所述第二温度高于所述第一温度,且所述第二温度和所述第一温度均高于1000℃且低于1600℃。
可选地,所述第一温度为1200℃-1300℃。
可选地,所述第二温度为1450℃-1550℃。
可选地,通入的硅的氯化物占所述反应腔室中的气体体积比小于或等于0.1%。
可选地,所述硅的氯化物选自于SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、Si2Cl6中的一种或多种。
可选地,在所述第二温度下保持5-20分钟。
可选地,进行所述预处理时,保持反应腔室内气压为0.1-0.5Torr。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明还提供一种SiC外延片的制备方法,包括以下步骤:
采用上述方法将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中,对所述SiC晶体表面进行预处理;
通入反应气体在预处理后的所述SiC晶体表面外延生长AlN、GaN或SiC薄膜。
可选地,所述具有SiC晶体表面的晶片为去角度晶圆(Off-Angle Wafer)。
可选地,外延生长SiC薄膜时,采用的反应气体为SiHCl3、C3H8及H2,保持反应腔室内气压为0.1-0.5Torr,加热温度为1450℃-1550℃。
如上所述,本发明的SiC外延表面的预处理及外延生长方法,具有以下有益效果:
本发明采用硅的氯化物及氢对SiC外延表面进行预处理,可以降低反应腔室气压并控制预处理的温度低于1600℃,从而可在去除SiC表面原生氧化物的同时,有效的提高SiC外延表面光滑度,减少表面缺陷。在保持反应腔室的较低气压及不高于1600℃的反应温度下,于预处理后的SiC外延表面继续外延生长AlN、GaN或SiC薄膜可以得到高质量、低缺陷的SiC外延片。
附图说明
图1显示为本发明提供的SiC外延表面的预处理方法示意图。
图2显示为本发明实施例一提供的制作SiC外延片方法的加热温度示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
为了提高SiC外延片的质量,本发明提供了一种SiC外延表面的预处理方法,请参阅图1,包括以下步骤:
S1将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中在氢气氛下加热至第一温度;
S2在所述反应腔室中通入一定量的硅的氯化物,继续加热至第二温度,并在所述第二温度下保持一段时间;
其中,所述第二温度高于所述第一温度,且所述第二温度和所述第一温度均高于1000℃且低于1600℃。
具体地,所述第一温度可以为1200℃-1300℃。所述第二温度可以为1450℃-1550℃。
具体地,所述硅的氯化物可以选自于SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、Si2Cl6中的一种或多种,或其他适合的含有硅的氯化物。通入的硅的氯化物占所述反应腔室中的气体体积比可以是小于或等于0.1%。
进行所述预处理时,可以保持反应腔室内气压低至0.1-0.5Torr。在所述第二温度下可以保持5分钟或长达20分钟。
此外,本发明还提供一种SiC外延片的制备方法,包括以下步骤:
采用上述方法将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中,对所述SiC晶体表面进行预处理;
通入反应气体在预处理后的所述SiC晶体表面外延生长AlN、GaN或SiC薄膜。
其中,所述具有SiC晶体表面的晶片可以采用去角度晶圆(Off-Angle Wafer),例如可以是4°或8°的去角度晶圆。
下面结合附图及实施例进一步详细说明采用本发明的预处理制作SiC外延片的方法。
实施例一
本实施例提供的制作SiC外延片的方法,包括以下步骤:
S11将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中在氢气氛下加热至第一温度。本实施例优选地,所述具有SiC晶体表面的晶片为4°的去角度晶圆;所述第一温度为1300℃。
S21在所述反应腔室中通入一定量的硅的氯化物,继续加热至第二温度,并在所述第二温度下保持一段时间。本实施例优选地,硅的氯化物采用SiHCl3,通入的硅的氯化物占所述反应腔室中的气体体积比小于等于0.1%,所述第二温度为1500℃,保持时间为5分钟。
S31通入反应气体在预处理后的所述SiC晶体表面外延生长SiC薄膜。
进行所述预处理时,保持反应腔室内气压低至0.1-0.5Torr。
外延生长SiC薄膜时,采用的反应气体可以采用硅的氯化物、丙烷及氢气,本实施例优选为SiHCl3、C3H8及H2,并同样保持反应腔室内气压为0.1-0.5Torr,加热温度可以为1450℃-1550℃,本实施例优选为1500℃以与预处理的所述第二温度一致。
本实施例的加热温度及通入气体随时间变化的示意图如图2所示。最终得到的外延SiC薄膜表面光滑,相比于传统氢预处理的外延片缺陷密度更小。
实施例二
本实施例提供的制作SiC外延片的方法,包括以下步骤:
S11将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中在氢气氛下加热至第一温度。本实施例优选地,所述具有SiC晶体表面的晶片为8°的去角度晶圆;所述第一温度为1200℃。
S21在所述反应腔室中通入一定量的硅的氯化物,继续加热至第二温度,并在所述第二温度下保持一段时间。本实施例优选地,硅的氯化物采用SiH2Cl2和SiHCl3,通入的硅的氯化物占所述反应腔室中的气体体积比小于等于0.1%,所述第二温度为1550℃,保持时间为10分钟。
S31通入反应气体在预处理后的所述SiC晶体表面外延生长AlN薄膜。生长AlN薄膜可采用常规的AlN外延生长气体、温度和气压等参数。
进行所述预处理时,保持反应腔室内气压低至0.1-0.5Torr。
实施例三
本实施例提供的制作SiC外延片的方法,包括以下步骤:
S11将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中在氢气氛下加热至第一温度。本实施例优选地,所述具有SiC晶体表面的晶片为8°的去角度晶圆;所述第一温度为1250℃。
S21在所述反应腔室中通入一定量的硅的氯化物,继续加热至第二温度,并在所述第二温度下保持一段时间。本实施例优选地,硅的氯化物采用SiCl4或Si2Cl6,通入的硅的氯化物占所述反应腔室中的气体体积比小于等于0.1%,所述第二温度为1450℃,保持时间为20分钟。
S31通入反应气体在预处理后的所述SiC晶体表面外延生长GaN薄膜。生长GaN薄膜可采用常规的GaN外延生长气体、温度和气压等参数。
进行所述预处理时,保持反应腔室内气压低至0.1-0.5Torr。
综上所述,本发明采用硅的氯化物及氢对SiC外延表面进行预处理,可以降低反应腔室气压并控制预处理的温度低于1600℃,从而可在去除SiC表面原生氧化物的同时,有效的提高SiC外延表面光滑度,减少表面缺陷。在保持反应腔室的较低气压及不高于1600℃的反应温度下,于预处理后的SiC外延表面继续外延生长AlN、GaN或SiC薄膜可以得到高质量、低缺陷的SiC外延片。
所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种SiC外延表面的预处理方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中在氢气氛下加热至第一温度;
在所述反应腔室中通入一定量的硅的氯化物,继续加热至第二温度,并在所述第二温度下保持一段时间;
其中,所述第二温度高于所述第一温度,且所述第二温度和所述第一温度均高于1000℃且低于1600℃。
2.根据权利要求1所述的SiC外延表面的预处理方法,其特征在于:所述第一温度为1200℃-1300℃。
3.根据权利要求1所述的SiC外延表面的预处理方法,其特征在于:所述第二温度为1450℃-1550℃。
4.根据权利要求1所述的SiC外延表面的预处理方法,其特征在于:通入的硅的氯化物占所述反应腔室中的气体体积比小于或等于0.1%。
5.根据权利要求1所述的SiC外延表面的预处理方法,其特征在于:所述硅的氯化物选自于SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、Si2Cl6中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的SiC外延表面的预处理方法,其特征在于:在所述第二温度下保持5-20分钟。
7.根据权利要求1所述的SiC外延表面的预处理方法,其特征在于:进行所述预处理时,保持反应腔室内气压为0.1-0.5Torr。
8.一种SiC外延片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用如权利要求1-7中任一项所述的方法将具有SiC晶体表面的晶片放入反应腔室中,对所述SiC晶体表面进行预处理;
通入反应气体在预处理后的所述SiC晶体表面外延生长AlN、GaN或SiC薄膜。
9.根据权利要求8所述的SiC外延片的制备方法,其特征在于:所述具有SiC晶体表面的晶片为去角度晶圆。
10.根据权利要求8所述的SiC外延片的制备方法,其特征在于:外延生长SiC薄膜时,采用的反应气体为SiHCl3、C3H8及H2,保持反应腔室内气压为0.1-0.5Torr,加热温度为1450℃-1550℃。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190326 |
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