CN115050637A - 一种提高碳化硅晶圆表面寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳化硅技术领域,具体为一种提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,基于PECVD沉积薄膜法在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜,利用PECVD的退火过程中,非晶硅薄膜中的氢原子逸出到碳化硅晶圆对应的表面上,对所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷进行钝化;并利用非晶硅薄膜的晶格常数与碳化硅晶圆的晶格常数比较接近,可以很好地与碳化硅晶圆表面的悬挂键成键,减少所述碳化硅晶圆表面的悬挂键数量,消除碳空位缺陷即钝化碳化硅晶圆表面的碳空位缺陷,从而提高所述碳化硅晶圆至少一侧表面的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅技术领域,具体为一种提高碳化硅晶圆表面寿命的方法。
背景技术
碳化硅晶圆的等效少数载流子寿命是衡量碳化硅晶圆质量的一个重要的参数,它通常可以通过微波技术以无破坏、非接触的方式测量得到。
碳化硅晶圆的等效少数载流子寿命由两部分组成,一个是碳化硅晶圆的体寿命,一个是碳化硅晶圆的表面寿命。其中,碳化硅晶圆的表面寿命可以通过对碳化硅晶圆表面的碳空位缺陷进行钝化的方法来显著提高,从而提高碳化硅晶圆的等效少数载流子寿命;其中,碳空位是晶格中缺少一个碳原子的点缺陷。
传统的碳化硅晶圆的表面钝化方法是生长一层几十纳米厚的氧化硅钝化层,从而减少碳化硅晶圆表面的悬挂键。但是上述传统的方法需要生长一层较厚的氧化硅层,利用热氧化法生长这种几十纳米的氧化硅层需要至少6个小时,而且加热需要的电费消耗也十分昂贵。
发明内容
本发明的目的在于传统的碳化硅晶圆的表面钝化方法耗费时间长的问题,提供了一种提高碳化硅晶圆表面寿命的方法。
为了实现上述目的,本发明提供一种提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,包括以下步骤:
提供碳化硅晶圆;
在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜,其中,所述PECVD沉积薄膜法包括退火过程,利用退火过程将所述非晶硅薄膜中的氢原子逸出到所述碳化硅晶圆对应的表面上,对所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷进行钝化,从而提高所述碳化硅晶圆表面的寿命;
生成非晶硅薄膜后,所述非晶硅薄膜与碳化硅晶圆对应表面的悬挂键成键,钝化所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷,从而提高所述碳化硅晶圆的表面寿命;
去除所述非晶硅薄膜。
作为一种可实施方式,所述非晶硅薄膜为单层薄膜或者双层薄膜;当所述非晶硅薄膜为双层薄膜时,所述非晶硅薄膜包括位于所述碳化硅晶圆表面的第一层非晶硅薄膜和位于所述第一层非晶硅薄膜表面的第二层非晶硅薄膜,其中,所述第一层非晶硅薄膜的密度小于所述第二层非晶硅薄膜的密度,使得所述第一层非晶硅薄膜的含氢量大于所述第二层非晶硅薄膜的含氢量。
作为一种可实施方式,所述第一层非晶硅薄膜的沉积温度范围为150~200°C,所述第一层非晶硅薄膜的沉积温度范围为200~250°C。
作为一种可实施方式,所述非晶硅薄膜的厚度范围为50-100nm。
作为一种可实施方式,通过PECVD沉积薄膜法在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜的过程包括:
将所述碳化硅晶圆放入PECVD腔室进行反应,以氢气和硅烷做反应气源通入所述PECVD腔室,在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成非晶硅薄膜。
作为一种可实施方式,生长非晶硅薄膜的条件为:沉积温度设置在200°C,压强为0.5mbar,氢气的流量为150sccm,硅烷的流量为15sccm,沉积的时间为40min,得到所需厚度的非晶硅薄膜。
作为一种可实施方式,去除所述非晶硅薄膜的步骤包括:将形成有所述非晶硅薄膜的碳化硅晶圆浸泡入氢氧化钠溶液中,从而去除碳化硅晶圆上的非晶硅薄膜。
作为一种可实施方式,提供碳化硅晶圆的具体步骤包括:
利用PVT方法生成碳化硅晶锭,再把碳化硅晶锭进行切割得到晶片;
采用RCA标准清洗法去除晶片表面的污染物,随后进行冲洗,再进行干燥,得到碳化硅晶圆。
本发明的有益效果:本发明提供了一种提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,通过在碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜,利用非晶硅薄膜的晶格常数与碳化硅晶圆的晶格常数比较接近,可以很好地与碳化硅晶圆表面的悬挂键成键,减少所述碳化硅晶圆表面的悬挂键数量,消除碳空位缺陷即钝化碳化硅的表面缺陷,从而提高所述碳化硅晶圆表面的寿命。
本发明利用在进行PECVD沉积的过程中的高温,所述非晶硅薄膜中的氢原子逸出到所述碳化硅晶圆对应的表面上,对所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷进行钝化,从而提高所述碳化硅晶圆表面的寿命。
附图说明
图1为本发明实施例提高碳化硅晶圆表面寿命的方法步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1,本实施例提供一种技术方案:一种提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,包括以下步骤:
步骤S100:提供碳化硅晶圆;
步骤S200:基于PECVD沉积薄膜法在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜,其中,所述PECVD沉积薄膜法包括退火过程,利用退火过程将所述非晶硅薄膜中的氢原子逸出到所述碳化硅晶圆对应的表面上,对所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷进行钝化,从而提高所述碳化硅晶圆表面的寿命;
步骤S300:生成非晶硅薄膜后,所述非晶硅薄膜与碳化硅晶圆对应表面的悬挂键成键,钝化所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷,从而提高所述碳化硅晶圆的表面寿命;
步骤S400:去除所述非晶硅薄膜。
执行步骤S100,提供碳化硅晶圆的具体步骤包括:
利用PVT方法生成碳化硅晶锭,再把碳化硅晶锭进行切割得到晶片;
采用RCA标准清洗法去除晶片表面的污染物,随后进行冲洗,再进行干燥,得到碳化硅晶圆。
具体的,把碳化硅晶锭进行切割得到晶片的技术具体为砂浆切片技术,进行冲洗再进行干燥的方法具体为用去离子水反复冲洗后再用氮气吹干。
执行步骤S200,本实施例中,在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜的方法为PECVD沉积薄膜法,其中,使用PECVD沉积薄膜法形成的非晶硅中氢的含量多,沉积速度也更快。
而在基于PECVD沉积薄膜法在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜的过程中包括退火,本实施例利用退火过程将所述非晶硅薄膜中的氢原子逸出到所述碳化硅晶圆对应的表面上,对所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷进行钝化,从而提高所述碳化硅晶圆表面的寿命。
具体的,所述非晶硅薄膜是一种热力学亚稳定的状态,通常结构中含有较弱的氢键,如果在碳化硅晶圆上沉积一层非晶硅薄膜,再利用加热非晶硅薄膜,可以使非晶硅薄膜中的氢键断裂,使得非晶硅薄膜内包含一部分的氢原子,在快速退火时氢原子的一部分逸出,进入碳化硅晶圆表面对表面缺陷进行钝化,提高少子寿命,增强碳化硅晶圆的表面钝化效果。而氧化硅等都没有这种作用。
同时,PECVD生长的非晶硅薄膜经历了一个较高温度的加工过程,其产生的钝化效果的稳定性与热氧化法生长的氧化硅薄膜相当,因为退火一方面导致非晶硅薄膜晶化程度的增加,另一方面提升了薄膜的质量、改变了氢键合方式,增强了钝化效果。
生长得到的所述非晶硅薄膜的厚度范围可以为50-100nm,使得所述非晶硅薄膜中有足够的氢能够对所述碳化硅晶圆表面进行钝化,由于形成非晶硅的生长速度远远大于氧化硅的生长速度,因此又不会太耗费时间,有利于工业生长。
进一步的,所述非晶硅薄膜为单层薄膜或者双层薄膜;当所述非晶硅薄膜为双层薄膜时,所述非晶硅薄膜包括位于所述碳化硅晶圆表面的第一层非晶硅薄膜和位于所述第一层非晶硅薄膜表面的第二层非晶硅薄膜,其中,所述第一层非晶硅薄膜的密度小于所述第二层非晶硅薄膜的密度,使得所述第一层非晶硅薄膜的含氢量大于所述第二层非晶硅薄膜的含氢量;其中,所述第一层非晶硅薄膜的含氢量高使得所述第一层非晶硅薄膜能够更好的对所述碳化硅晶圆表面进行钝化;第二层非晶硅薄膜的密度大使得可以防止所述第一层非晶硅薄膜中氢的外溢,从而实现了对所述碳化硅晶圆表面更好的钝化效果。
其中,所述第一层非晶硅薄膜的沉积温度范围为150~200°C,所述第一层非晶硅薄膜的沉积温度范围为200~250°C,其他条件可以相同。
通过PECVD沉积薄膜法在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜的过程包括:
将所述碳化硅晶圆放入PECVD腔室进行反应,以氢气和硅烷做反应气源通入所述PECVD腔室,在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成非晶硅薄膜。
其中,在PECVD腔室中生长非晶硅薄膜的条件为:沉积温度设置在200°C,并在预定的反应腔室压力和气体流量下,沉积相应时间,得到所需厚度的非晶硅薄膜;具体的,沉积温度设置在200°C,压强为0.5mbar,氢气的流量为150sccm,硅烷的流量为15sccm,沉积的时间为40min,得到所需厚度的非晶硅薄膜。
执行步骤S300,本发明实施例提出了一个在碳化硅晶圆至少一侧表面生长非晶硅薄膜来钝化碳化硅晶圆表面的新方法,其中,是由于非晶硅薄膜的晶格常数与碳化硅晶圆的晶格常数比较接近,因此可以很好地与碳化硅晶圆表面的悬挂键成键,消除碳空位缺陷即钝化碳化硅晶圆表面的碳空位缺陷。
执行步骤S400,去除所述非晶硅薄膜的步骤包括:将形成有所述非晶硅薄膜的碳化硅晶圆浸泡入氢氧化钠溶液中,从而去除碳化硅晶圆上的非晶硅薄膜。
本发明实施例通过PECVD沉积薄膜法生长非晶硅的方法,可以在十几分钟内生长几十纳米的非晶硅薄膜,因此其生长速度远远超过现有技术中通过热氧化法生长的氧化硅薄膜,适合工业化生产需求。
本发明专利提出的利用PECVD生长的非晶硅薄膜来钝化碳化硅晶圆的表面的方法,可以在十几分钟内生长一层非晶硅薄膜来钝化碳化硅晶圆表面。而且因为非晶硅的晶格常数和碳化硅的晶格常数更加接近,有可能实现碳化硅更好的表面钝化效果。
本发明虽然己以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供碳化硅晶圆;
基于PECVD沉积薄膜法在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜,其中,所述PECVD沉积薄膜法包括退火过程,利用退火过程将所述非晶硅薄膜中的氢原子逸出到所述碳化硅晶圆对应的表面上,对所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷进行钝化,从而提高所述碳化硅晶圆表面的寿命;
生成非晶硅薄膜后,所述非晶硅薄膜与碳化硅晶圆对应表面的悬挂键成键,钝化所述碳化硅晶圆对应表面的碳空位缺陷,从而提高所述碳化硅晶圆的表面寿命;
去除所述非晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,其特征在于,所述非晶硅薄膜为单层薄膜或者双层薄膜;当所述非晶硅薄膜为双层薄膜时,所述非晶硅薄膜包括位于所述碳化硅晶圆表面的第一层非晶硅薄膜和位于所述第一层非晶硅薄膜表面的第二层非晶硅薄膜,其中,所述第一层非晶硅薄膜的密度小于所述第二层非晶硅薄膜的密度,使得所述第一层非晶硅薄膜的含氢量大于所述第二层非晶硅薄膜的含氢量。
3.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,其特征在于,所述第一层非晶硅薄膜的沉积温度范围为150~200°C,所述第一层非晶硅薄膜的沉积温度范围为200~250°C。
4.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,其特征在于,所述非晶硅薄膜的厚度范围为50-100nm。
5.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,其特征在于,通过PECVD沉积薄膜法在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成对应的非晶硅薄膜的过程包括:
将所述碳化硅晶圆放入PECVD腔室进行反应,以氢气和硅烷做反应气源通入所述PECVD腔室,在所述碳化硅晶圆的至少一侧表面形成非晶硅薄膜。
6.根据权利要求5所述的提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,其特征在于,生长非晶硅薄膜的条件为:沉积温度设置在200°C,压强为0.5mbar,氢气的流量为150sccm,硅烷的流量为15sccm,沉积的时间为40min,得到所需厚度的非晶硅薄膜。
7.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,其特征在于,去除所述非晶硅薄膜的步骤包括:将形成有所述非晶硅薄膜的碳化硅晶圆浸泡入氢氧化钠溶液中,从而去除碳化硅晶圆上的非晶硅薄膜。
8.根据权利要求1所述的提高碳化硅晶圆表面寿命的方法,其特征在于,提供碳化硅晶圆的具体步骤包括:
利用PVT方法生成碳化硅晶锭,再把碳化硅晶锭进行切割得到晶片;
采用RCA标准清洗法去除晶片表面的污染物,随后进行冲洗,再进行干燥,得到碳化硅晶圆。
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