CN111739796B - 碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化硅籽晶 - Google Patents

碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化硅籽晶 Download PDF

Info

Publication number
CN111739796B
CN111739796B CN202010860208.6A CN202010860208A CN111739796B CN 111739796 B CN111739796 B CN 111739796B CN 202010860208 A CN202010860208 A CN 202010860208A CN 111739796 B CN111739796 B CN 111739796B
Authority
CN
China
Prior art keywords
seed crystal
silicon carbide
carbide seed
etching
metal oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010860208.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111739796A (zh
Inventor
薛卫明
马远
潘尧波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clc Semiconductor Co ltd
Original Assignee
Clc Semiconductor Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Clc Semiconductor Co ltd filed Critical Clc Semiconductor Co ltd
Priority to CN202010860208.6A priority Critical patent/CN111739796B/zh
Publication of CN111739796A publication Critical patent/CN111739796A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111739796B publication Critical patent/CN111739796B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3343—Problems associated with etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种碳化硅籽晶生长表面图形化处理的方法和装置及形成的碳化硅籽晶。所述处理方法包括：提供一待处理的碳化硅籽晶，所述碳化硅籽晶晶向为正C向[0001]与A向
Figure DEST_PATH_IMAGE001
存在2°至20°夹角；于所述待处理的碳化硅籽晶的碳面(
Figure DEST_PATH_IMAGE002
)上方布置一金属氧化物圆片，所述金属氧化物圆片的下表面与所述待处理的碳化硅籽晶的上表面之间具有250μm至1000μm的间隙；使用一刻蚀气体通过所述间隙，以刻蚀所述待处理的碳化硅籽晶的碳面(
Figure 736896DEST_PATH_IMAGE002
)，而形成预设槽沟图形。根据本发明提供的处理方法保证了碳化硅籽晶在后续生长中A面(
Figure DEST_PATH_IMAGE003
)根据有成核和延伸的优势，避免了延C向的缺陷延伸，提高晶体质量。

Description

碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化 硅籽晶
技术领域
本发明涉及到碳化硅晶体生长领域，具体涉及一种碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化硅籽晶。
背景技术
碳化硅（SiC）材料由于具备禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速率快、化学稳定性高、抗辐射能力强等各种优越性能，可以用于耐高温、高频、抗辐射、大功率半导体器件材料，具有广泛的运用前景，然而由于SiC单晶生长条件严苛，易受到环境的影响，导致产品质量缺陷，因此，对于获得高质量SiC以实现SiC基器件优异的性能，其生长技术是关键。
目前，半导体器件应用领域中主要采用例如4H型碳化硅，是选取碳化硅籽晶进行生长得到碳化硅单晶生长。籽晶质量决定晶体质量，首先籽晶在加工准备过程中，其待生长表面存在机加工的损伤，深度大约为10μm至30μm；其次由于籽晶本身存在缺陷，在延C向[0001]生长时其缺陷（TSD，TED和微管）将随着晶体生长过程中不断延续，造成晶体质量降低；最后虽然很多籽晶都存在一个偏角，且籽晶生长表面存在蒸发减薄的情况，但这个过程的减薄量都在纳米层级，因此C向[0001]生长与A向
Figure 734917DEST_PATH_IMAGE001
生长的竞争优势差异不大，晶体C向[0001]生长时依然存在继承的缺陷，而常见的反应离子刻蚀需要多种掩膜，且深度刻蚀会引入金属杂质，因此目前亟需有一种无需掩膜的碳化硅籽晶表面的图形化处理结构和方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种利用刻蚀性气体在带有C向[0001]偏A向
Figure 489246DEST_PATH_IMAGE002
2度~20度偏角的碳化硅籽晶表面上形成贝纳德对流图案后，再利用反应离子刻蚀，使籽晶碳面
Figure 226258DEST_PATH_IMAGE003
上显露出A面
Figure 749643DEST_PATH_IMAGE004
与碳面
Figure 179488DEST_PATH_IMAGE005
构成的延
Figure 483430DEST_PATH_IMAGE006
延伸的预设槽沟的方法。
本发明的另一个目的在于，提供一种碳化硅籽晶生长表面的图形化处理装置。
本发明的另一个目的在于，提供一种由如上所述的碳化硅籽晶的处理方法形成的碳化硅籽晶。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法，包括：提供一待处理的碳化硅籽晶，所述碳化硅籽晶晶向为正C向[0001]与A向
Figure 758554DEST_PATH_IMAGE007
存在2°至20°夹角；于所述待处理的碳化硅籽晶的碳面
Figure 402024DEST_PATH_IMAGE008
上方布置一金属氧化物圆片，所述金属氧化物圆片的下表面与所述待处理的碳化硅籽晶的上表面之间具有250μm至1000μm的间隙；使用一刻蚀气体通过所述间隙，以刻蚀所述待处理的碳化硅籽晶的碳面
Figure 737191DEST_PATH_IMAGE009
，而形成预设槽沟图形。
其中，使用一刻蚀气体通过所述间隙时，在所述待处理的碳化硅籽晶上表面形成贝纳德对流条纹图案，并利用所述贝纳德对流条纹图案，控制所述刻蚀气体的浓度分布。
在一些实施例中，所述碳化硅籽晶的厚度为300μm至2000μm，和/或所述碳面
Figure 466112DEST_PATH_IMAGE010
的平面度小于等于12μm。
在一些实施例中，所述刻金属氧化物圆片与所述待处理的碳化硅籽晶具有相同的直径和/或平面度。
在一些实施例中，所述刻蚀的压力为0.5Pa至50Pa，和/或所述刻蚀气体的流量为10sccm至200sccm。
在一些实施例中，所述刻蚀过程中所述金属氧化物圆片与所述待处理的碳化硅籽晶的温差为0.5℃至1.5℃。
在一些实施例中，所述预设槽沟图形为A面
Figure 607244DEST_PATH_IMAGE011
与碳面
Figure 105221DEST_PATH_IMAGE012
形成的楔形槽沟，所述槽沟延伸方向为
Figure 876868DEST_PATH_IMAGE013
。
在一些实施例中，所述槽沟的深度为15μm至80μm，和/或宽度为200μm至800μm。
本发明还提供了一种碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法的处理装置，包括：壳体，所述壳体内具有一刻蚀腔体，所述刻蚀腔体一侧设有刻蚀气体入口，另一侧设有压力控制出口；托盘，位于所述刻蚀腔体内，以承托所述待处理碳化硅籽晶，所述碳化硅籽晶晶向为正C向[0001]与A向
Figure 827507DEST_PATH_IMAGE014
存在2°至20°夹角；金属氧化物圆片，位于所述刻蚀腔体内，并位于所述托盘的上方，所述金属氧化物圆片的下表面与所述待处理的碳化硅籽晶的上表面之间具有250μm至1000μm的间隙；控制单元，位于所述壳体内，并连接所述刻蚀腔体，以控制所述刻蚀气体刻蚀所述待处理的碳化硅籽晶的碳面
Figure 710012DEST_PATH_IMAGE015
，而形成预设槽沟图形。
在一些实施例中，耦合的温控组件，位于所述壳体内，所述耦合的温控组件分别连接所述托盘和所述金属氧化物圆片；平行电极，位于所述壳体内，所述平行电极的阴极连接所述托盘，所述平行电极的阳极连接所述壳体；射频功率源，位于所述壳体内，并连接所述平行电极。
本发明还提供了一种采用上述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法形成的所述碳化硅籽晶。
如上所述，本发明提供了一种碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和处理装置，其利用双固定界面边界条件的贝纳德对流自组织形条纹图案，控制刻蚀气体的浓度分布，进而控制刻蚀离子的浓度分布，条纹自然分布宽度在250μm至1000μm，且均匀分布在刻蚀表面上，通过一次或多次的刻蚀便可以获得深度为15μm至80μm的预设槽沟，由于不使用有机物或金属掩膜，刻蚀的效果稳定且不会引起微掩膜效应保证刻蚀深度，同时也不会有杂质引入。此外，由于待处理籽晶C向[0001]与A向
Figure 124813DEST_PATH_IMAGE016
存在2°至20°夹角，因此A向
Figure 67361DEST_PATH_IMAGE017
生长延籽晶生长方向有不为0的分量，因此利用刻蚀气体的各项异性刻蚀效果，当碳面
Figure 505296DEST_PATH_IMAGE018
与A面
Figure 925913DEST_PATH_IMAGE019
形成的预设槽沟深度达到15μm以上时，A向
Figure 398482DEST_PATH_IMAGE020
生长延籽晶生长方向较C向[0001]延籽晶生长方向存明显的生长优势，而A向
Figure 75714DEST_PATH_IMAGE021
生长不会继承C向[0001]缺陷的延伸，因此经过图形化处理的籽晶较其他籽晶能够显著提高晶体质量。其他的特征、益处可以参考本发明公开的权利要求和说明书在内的内容。
附图说明
图1为本发明碳化硅籽晶生长表面的图形化处理装置的结构示意图。
图2为本发明碳化硅籽晶生长表面的图形化处理时，所采用的籽晶各晶向偏角主视图。
图3为本发明碳化硅籽晶生长表面的图形化处理时，所采用的籽晶安置时各晶向俯视图。
图4为采用本发明碳化硅籽晶生长表面图形化处理时，籽晶表面产生贝纳德对流条纹图案示意图。
图5为采用本发明碳化硅籽晶生长表面图形化处理后，籽晶各晶向主视示意图。
图6为采用本发明碳化硅籽晶生长表面图形化处理后，籽晶各晶向俯视示意图。
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例，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例加以实施或应用，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。
需要说明的是，本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。
在本发明中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”仅用于描述和区分目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本文中所使用的所有技术和科学术语都具有本发明所属领域普通技术人员通常所理解的同样含义。虽然也可采用与本文所述相似或等同的任何方法和材料实施本发明，但下面描述了优选的方法、器件和材料。
本发明制备的SiC单晶材料可以作为半导体器件和集成电路器件的元器件，例如宽带隙、激光二极管、抗辐射器件、超低漏电电流器件、高击穿电场、可控电力电子器件、空间运用的大功率器件、高导热器件，以及高密度机器集成，具体的例子例如可以列举绝缘栅型场效应管（MOS）器件、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）单管、晶闸管、芯片，从而在家电领域、电动汽车、电力、光伏通讯、铁路运输等领域发挥重大作用。
所述SiC单晶结构例如可以包括3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC，以及15R-SiC晶型的单晶结构，例如为4H-SiC，在进行SiC单晶的生长作业时，例如将SiC原料和SiC籽晶放置在一生长坩埚内，所述坩埚受热后，通过例如物理气相传输法（physical vaportransportmethod，PVT），SiC原料在高温低压的条件下升华，产生的气相组分（例如Si，Si2C，SiC2等）在温度梯度的驱动下到达位于较低温度的SiC籽晶处，产生过饱和度而在籽晶上结晶不断生长单晶得到。当然，并不限定于此，还可以通过高温化学气相沉积法、溶液法等生长所述单晶。
如图1所示，基于获得预期性能的SiC单晶，所述SiC籽晶质量决定晶体质量，本发明利用在一待处理的SiC单晶100的表面进行加工处理，在其表面形成预设的槽沟图形。以保证后续SiC单晶生长作业获得SiC单晶的质量。本发明提供了一种对SiC籽晶100生长表面进行图形化处理的处理装置200，所述处理装置200包括壳体210、托盘220、金属氧化物圆片230，以及控制单元。
如图1至图3所示，所述待处理的SiC单晶100例如为4H-SiC籽晶，所述SiC籽晶100的晶向为正C向[0001]与A向
Figure 944DEST_PATH_IMAGE022
存在2°至20°夹角，例如2°、4°、8°、10°、13°、15°、20°，从而A向
Figure 225252DEST_PATH_IMAGE023
生长延籽晶生长方向有不为0的分量，因此，在利用刻蚀气体刻蚀时，基于其各项异性刻蚀效果，当碳面
Figure 286749DEST_PATH_IMAGE024
与A面
Figure 571100DEST_PATH_IMAGE025
形成的预设槽沟深度达到15μm以上时，A向
Figure 45944DEST_PATH_IMAGE026
生长延籽晶生长方向较C向[0001]延籽晶生长方向存明显的生长优势，而A向
Figure 73942DEST_PATH_IMAGE027
生长不会继承C向[0001]缺陷的延伸，因此经过图形化处理的籽晶较其他籽晶能够显著提高晶体质量。进一步的，所述待处理的SiC籽晶100的直径为150mm至300mm，例如为150mm、160mm、200mm、250mm、280mm，所述待处理的SiC籽晶的厚度300μm至2000μm，例如为320μm、500μm、750μm、1000μm、1600μm、320μm、1800μm，所述待处理的SiC籽晶100的碳面
Figure 255525DEST_PATH_IMAGE028
平面度小于等于12μm，例如为5μm、8μm、10μm、11μm，在进行SiC籽晶的图形化处理作业时，将待处理的SiC籽晶100的碳面
Figure 445198DEST_PATH_IMAGE029
向上，以对其表面进行图形化处理。
如图1所示，在处理装置200中，所述壳体210内具有一刻蚀腔体211，所述刻蚀腔体211的一侧设有刻蚀气体入口211a，另一侧设有压力控制出口211b，以允许刻蚀气体从入口211a进入刻蚀腔体211内，从而刻蚀容纳在刻蚀腔体211内待处理的SiC籽晶100，并在刻蚀后经该压力控制出口211b离开所述刻蚀腔体211。
所述刻蚀气体例如可以列举CF4、CF4/O2、NF3、SF6、SF6/O2、CBrF3和CBrF3/O2的单质气体或混合气体，所述刻蚀气体在压力控制出口211b的控制下，刻蚀腔体211内压力为0.5Pa至50Pa，例如为0.5Pa、1Pa、7Pa、10Pa、14Pa、20Pa、35Pa、47Pa、50Pa，所述刻蚀腔体211内的所述刻蚀气体的流量为10sccm至200sccm，例如为25 sccm、30 sccm、60sccm、100sccm、120sccm、180sccm。进一步地，所述刻蚀气体为混合气体时，该混合的流量比是2:1至200:1，例如为15:4、4:1、10:1、40:1、60:1、100:1、130:1、190:1。
如图1所示，在处理装置200中，所述托盘220，例如石墨托盘位于所述刻蚀腔体211内，所述托盘220用于承托待处理的SiC籽晶100，所述待处理的SiC籽晶100安置所述托盘220中时，该所述待处理的SiC籽晶100的碳面
Figure 407338DEST_PATH_IMAGE030
朝上，以利于后续刻蚀的进行。所述托盘220的形状和大小没有特别的限定，可以根据实际的要进行调整。
如图1所示，在处理装置200中，所述金属氧化物圆片230位于所述托盘220上方，具体地，所述金属氧化物圆片230位于所述待处理的SiC籽晶100的碳面
Figure 973448DEST_PATH_IMAGE031
的上方，所述金属氧化物圆片230的下表面与所述待处理的SiC籽晶100的上表面之间具有320μm至1000μm的间隙d，例如为250μm、350μm、550μm、750μm、850μm、950μm，在进行SiC籽晶的图形化处理作业时，所述刻蚀气体通过该间隙中，从而在所述待处理的SiC籽晶100的碳面
Figure 275117DEST_PATH_IMAGE032
进行刻蚀，形成预期的贝纳德对流自组织形条纹图案，和楔形槽沟。
如图1所示，基于获得预期形状的的SiC籽晶，所述金属氧化物圆片230例如与所述待处理的SiC籽晶100具有相同的直径，例如为150mm至300mm，例如为150mm、160mm、200mm、250mm、280mm，所述金属氧化物圆片230厚度例如为1mm至30mm，例如为1mm、2mm、3mm、10mm、20mm、30mm，所述金属氧化物圆片230下表面的平面度和SiC籽晶100的碳面
Figure 698008DEST_PATH_IMAGE033
平面度相同，例如小于等于12μm，例如为5μm、8μm、10μm、11μm。所述金属氧化物圆片230具体的例子可以列举氧化铝、氧化锆、氧化钽，及氧化铪圆片，保证了所述金属氧化物圆片230表面的刻蚀效果，避免通过掩膜进行刻蚀，进一步地，避免了杂质引入。
如图1所示，在处理装置200中，所述控制单元位于所述壳体210内，并连接所述刻蚀腔体211，以控制所述刻蚀气体刻蚀所述待处理的SiC籽晶的碳面
Figure 85127DEST_PATH_IMAGE031
。
如图1所示，所述控制单元包括耦合的温控组件241a、241b，平行电极242a、242b和射频功率源243a、243b。所述耦合的温控组件241a位于所述金属氧化物圆片230的上方，所述耦合的温控组件241b位于所述托盘220的下方，以分别控制所述金属氧化物圆片230与所述待处理的SiC籽晶100的温度，并进一步地保证二者的温度差
Figure 454928DEST_PATH_IMAGE034
在0.5℃至1.5℃的范围内，例如0.5℃、0.75℃、0.83℃、1℃、1.5℃，所述耦合的温控组件241a、241b没有特别的限定，例如可以购自市售的产品。
如图1所示，所述平行电极242a、242b位于所述壳体210内，所述平行电极的阳极242a连接所述壳体210，所述平行电极的阴极242b连接所述托盘220。平行电极242a、242b没有特别的限定，例如可以购自市售的产品。
如图1所示，所述射频功率源243a、243b，位于所述壳体210内，并分别连接所述平行电极242a、242b，所述射频（RF）功率源243例如为5MHz至50MHz，例如10MHz、13MHz自偏压RF功率源，其输出功率可从50w至300w调节，例如50w、100w、200w、250w、270w、275w、300w，以控制平行电极242a、242b电离所述刻蚀气体，对待处理的SiC籽晶100进行刻蚀。
如图1所示，所述处理装置200还可以包括循环水系统250，以冷却和调节所述刻蚀腔体211的温度。
进行SiC籽晶的图形化处理作业时，例如通过以下的步骤进行：（1）在刻蚀腔体211内通入一定流量刻蚀气体，其刻蚀气体通过籽晶100上表面与金属氧化物230下表面之间的间隙；（2）调整刻蚀腔体211的出口压力，至0.5Pa至50Pa，并稳定3分钟至10分钟；（3）在刻蚀腔体211的平行电极242a、242b上通过RF功率源243a、243b施加一预热功率，并通过耦合温控241a、241b调整温差，使金属氧化物圆片230与籽晶100的温差达到0.5℃至1.5℃；（4）压力和温差参数保持不变达到50秒至600秒，待对流稳定后，提高功率达到100w至500w；（5）降低功率并置换刻蚀腔体211内的刻蚀性气体；（6）重复步骤（1）至（4）直至籽晶上表面出现符合要求槽沟图形。
如图4至图6所示，本发明利用双固定界面边界条件在待处理的SiC籽晶100上表面形成贝纳德对流条纹图案，并利用贝纳德对流形成的刻蚀气体浓度分布，使籽晶表面微观结构上的A面
Figure 909306DEST_PATH_IMAGE035
与碳面
Figure 706360DEST_PATH_IMAGE036
暴露出来，且A面
Figure 315196DEST_PATH_IMAGE037
与碳面
Figure 551005DEST_PATH_IMAGE038
形成的楔形开槽延
Figure 561687DEST_PATH_IMAGE039
方向延伸，同时均匀分布在SiC籽晶100的生长表面，即碳面
Figure 529643DEST_PATH_IMAGE040
上。
如图4至图6所示，所述贝纳德对流条纹图案的条纹自然分布宽度在250μm至1000μm，例如250μm、450μm、750μm、950μm，该条纹均匀分布在刻蚀表面上，并进一步地，通过一次或多次的刻蚀获得深度为15μm至80μm，例如15μm、20μm、49μm、66μm、72μm、80μm的楔形沟槽。
本发明利用刻蚀气体在[1]~[3]的条件下，于所述待处理的SiC籽晶100表面形成稳定的预设槽沟图形：
Figure 688092DEST_PATH_IMAGE041
[1]
Figure 399696DEST_PATH_IMAGE042
[2]
Figure 264883DEST_PATH_IMAGE043
[3]
式[1]中R是两平面内薄层流体流动的瑞利数，
Figure 466058DEST_PATH_IMAGE044
是热膨胀系数，g是重力加速度，k是热扩散系数，
Figure 49486DEST_PATH_IMAGE045
是动力粘度，d是籽晶与圆片间隙距离，
Figure 874702DEST_PATH_IMAGE046
是隔层籽晶之间的温度差。临界R等于1078时，特定条纹得以产生。
式[2]中，q是条纹宽的的倒数，
Figure 859976DEST_PATH_IMAGE047
是上部金属氧化物盘的热导率，
Figure 169734DEST_PATH_IMAGE048
是刻蚀性气体的热导率，c是常数系数，本发明选择的
Figure 302775DEST_PATH_IMAGE049
时，c约等于3。
式[3]中，
Figure 356182DEST_PATH_IMAGE050
是扩散需要的稳定时间，d籽晶与圆片间隙距离，k是热扩散系数。
在上述 [1]~[3]中，所述[1]提供了在SiC籽晶表面形成条纹条件，[2] 提供了该条纹的宽度条件，[3]根据刻蚀气体流动扩散的速度，刻蚀过程中有一个最小稳定时间才能够使SiC籽晶表面形成比较稳定的对流图案，即提供了时间条件。在进行SiC籽晶的图形化处理作业时，当在本发明公开的参数范围内时，保证了上述 [1]~[3]的条件，从而在所述SiC籽晶表面获得预设槽沟图形，例如获得贝纳德对流自组织形条纹图案，和楔形槽沟。
在一具体实施例中，在刻蚀腔体211内通入15:4混合的SF6/O2的刻蚀气体，该刻蚀气体通过SiC籽晶100上表面与氧化铝圆片230下表面的间隙；其中，所述SiC籽晶100的正C向[0001]与A向
Figure 195962DEST_PATH_IMAGE051
的夹角为4°，间隙为756μm。调整刻蚀腔体211内的压力，所述刻蚀腔体211的入口压力8Pa，流量25sccm，出口压力为20Pa。接着在刻蚀腔体211的平行电极242a、242b上施加50W的预热功率，通过耦合温控241a、241b调整温差，使氧化铝圆片230与SiC籽晶100的温差为0.83℃。接着保持刻蚀腔体211内的压力和温差参数，稳定180秒，提高功率达到250w。降低功率并置换刻蚀腔体211内的刻蚀性气体，重复上述过程3次获得所述图形化的碳化硅籽晶。
如图5和图6所示，本实施例获得的生长表面图形化的SiC籽晶中，所述SiC籽晶获得了一致性良好均匀A面
Figure 738939DEST_PATH_IMAGE052
和碳面
Figure 31380DEST_PATH_IMAGE053
形成了楔形沟槽，且延伸方向是
Figure 888477DEST_PATH_IMAGE054
，楔形沟槽能够均匀的分布在籽晶表面，其微观形貌参考图5和图6，其中沟槽宽度(b)约210μm，未刻蚀表面(c)宽度约30μm，刻蚀深度(a)约20μm。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法，其特征在于，包括：
提供一待处理的碳化硅籽晶，所述碳化硅籽晶晶向为正C向[0001]与A向
Figure 458065DEST_PATH_IMAGE001
存在2°至20°夹角；
于所述待处理的碳化硅籽晶的碳面(
Figure 375206DEST_PATH_IMAGE002
)上方布置一金属氧化物圆片，所述金属氧化物圆片的下表面与所述待处理的碳化硅籽晶的上表面之间具有250μm至1000μm的间隙；
使用一刻蚀气体通过所述间隙，以刻蚀所述待处理的碳化硅籽晶的碳面(
Figure 154943DEST_PATH_IMAGE002
)，而形成预设槽沟图形；
其中，使用一刻蚀气体通过所述间隙时，在所述待处理的碳化硅籽晶上表面形成贝纳德对流条纹图案，并利用所述贝纳德对流条纹图案，控制所述刻蚀气体的浓度分布。
2.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法，其特征在于，所述待处理的碳化硅籽晶的厚度为300μm至2000μm，和/或所述碳面(
Figure 612469DEST_PATH_IMAGE002
)的平面度小于等于12μm。
3.根据权利要求1或2所述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法，其特征在于，所述金属氧化物圆片与所述待处理的碳化硅籽晶具有相同的直径和/或平面度。
4.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法，其特征在于，所述刻蚀的压力为0.5Pa至50Pa，和/或所述刻蚀气体的流量为10sccm至200sccm。
5.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法，其特征在于，所述刻蚀过程中所述金属氧化物圆片与所述待处理的碳化硅籽晶的温差为0.5℃至1.5℃。
6.根据权利要求1所述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法，其特征在于，所述预设槽沟图形为A面(
Figure 426841DEST_PATH_IMAGE003
)与碳面(
Figure 249304DEST_PATH_IMAGE002
)形成的楔形槽沟，所述槽沟延伸方向为
Figure 516337DEST_PATH_IMAGE004
。
7.根据权利要求1或6所述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法，其特征在于，所述槽沟的深度为15μm至80μm，和/或宽度为200μm至800μm。
8.一种用于权利要求1~7任意一项所述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法的处理装置，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体内具有一刻蚀腔体，所述刻蚀腔体一侧设有刻蚀气体入口，另一侧设有压力控制出口；
托盘，位于所述刻蚀腔体内，以承托所述待处理碳化硅籽晶，所述碳化硅籽晶晶向为正C向[0001]与A向
Figure 279019DEST_PATH_IMAGE001
存在2°至20°夹角；
金属氧化物圆片，位于所述刻蚀腔体内，并位于所述托盘的上方，所述金属氧化物圆片的下表面与所述待处理的碳化硅籽晶的上表面之间具有250μm至1000μm的间隙；
控制单元，位于所述壳体内，并连接所述刻蚀腔体，以控制所述刻蚀气体刻蚀所述待处理的碳化硅籽晶的碳面(
Figure 947898DEST_PATH_IMAGE002
)，而形成预设槽沟图形。
9.如权利要求8所述的碳化硅籽晶生长表面图形化的处理装置，所述控制单元包括：
耦合的温控组件，位于所述壳体内，所述耦合的温控组件分别连接所述托盘和所述金属氧化物圆片；
平行电极，位于所述壳体内，所述平行电极的阴极连接所述托盘，所述平行电极的阳极连接所述壳体；
射频功率源，位于所述壳体内，并连接所述平行电极。
10.一种碳化硅籽晶，其特征在于，包括：采用权利要求1~7任意一项所述的碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法形成的所述碳化硅籽晶。
CN202010860208.6A 2020-08-25 2020-08-25 碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化硅籽晶 Active CN111739796B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010860208.6A CN111739796B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化硅籽晶

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010860208.6A CN111739796B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化硅籽晶

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111739796A CN111739796A (zh) 2020-10-02
CN111739796B true CN111739796B (zh) 2020-11-24

Family

ID=72658726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010860208.6A Active CN111739796B (zh) 2020-08-25 2020-08-25 碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化硅籽晶

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111739796B (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004277228A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 結晶成長方法
CN100533663C (zh) * 2004-03-18 2009-08-26 克里公司 减少堆垛层错成核位置的光刻方法和具有减少的堆垛层错位置的结构
JP2006321696A (ja) * 2005-05-20 2006-11-30 Hitachi Cable Ltd 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2010111540A (ja) * 2008-11-06 2010-05-20 Showa Denko Kk 炭化珪素単結晶の結晶成長方法、種結晶及び炭化珪素単結晶
JP6751875B2 (ja) * 2014-11-18 2020-09-09 学校法人関西学院 ＳｉＣ基板の表面処理方法
CN108257865A (zh) * 2018-01-17 2018-07-06 中国科学院物理研究所 低密度分立硅锥的无掩膜制备方法和所制备的分立硅锥

Also Published As

Publication number Publication date
CN111739796A (zh) 2020-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12014927B2 (en) Highly etch selective amorphous carbon film
US9343272B1 (en) Self-aligned process
CN107419329B (zh) 单晶金刚石表面原位n型半导体化全碳结构的制备方法
JP2014166937A (ja) 六方晶単結晶の製造方法、六方晶単結晶ウエハの製造方法、六方晶単結晶ウエハ、六方晶単結晶素子
JPH06267846A (ja) ダイヤモンド電子装置およびその製造法
CN104451868A (zh) 单晶金刚石的制造方法
WO2019101008A1 (zh) 一种在碳化硅基片上快速生长氧化层的方法
JP2006032655A (ja) 炭化珪素基板の製造方法
TW201938855A (zh) 碳化矽單晶的製造方法
CN111739796B (zh) 碳化硅籽晶生长表面的图形化处理方法和装置及形成的碳化硅籽晶
TWI633598B (zh) Plasma etching method
Zekentes et al. Plasma Etching of Silicon Carbide
CN213086168U (zh) 碳化硅籽晶生长表面的图形化处理装置
CN107164741B (zh) 一种控制二硫化钼薄膜形貌的方法
CN110117816A (zh) 低压制备碳化硅薄膜外延的方法
JP4769428B2 (ja) ダイヤモンド膜成長基板の形成方法
US9023227B2 (en) Increased deposition efficiency and higher chamber conductance with source power increase in an inductively coupled plasma (ICP) chamber
CN113621947B (zh) 金刚石膜刻蚀方法、图形化金刚石膜及其应用
CN117423734B (zh) 一种沟槽型碳化硅mosfet及制备方法
CN101866847A (zh) 提高沟槽宽度均匀性的方法及装置
Okhotnikov et al. The research of diamond coatings morphology evolution under the action of reactive ion etching in perpendicular direction
JP5918886B2 (ja) プラズマ処理方法
KR100458521B1 (ko) 역경사 구조물을 제작하는 플라즈마 식각장치 및 방법
Kato et al. Beveling of silicon carbide wafer by plasma chemical vaporization machining
JP2022062043A (ja) ウエハの製造方法、エピタキシャルウエハの製造方法、これによって製造されたウエハ及びエピタキシャルウエハ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant