DE69013928T2 - Methode zum präparieren von siliziumcarbidoberflächen für kristallwachstum. - Google Patents

Methode zum präparieren von siliziumcarbidoberflächen für kristallwachstum.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Präparierung von Siliziumkarbid-Oberflächen für ein Kristallwachstum darauf. Diese Anmeldung bezieht sich auf die US-A-4,865,685. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Trockenätzverfahren von Siliziumkarbid-Oberflächen, auf welches folgend ein Siliziumkarbid-Dünnfilm homoepitaktisch darauf abgeschieden wird.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist eines der wichtigsten und fundamentalsten Erfordernisse an solche Bauelemente, daß sie aus Vorläufermaterialien gebildet werden, die besondere Eigenschaften haben. Bei vielen Anwendungen ist der geeignete Vorläufer ein einkristallines (manchmal als "monokristallin" erwähntes) Material. Wie denjenigen bekannt ist, die mit elektronischen Bauelementen vertraut sind, treten, wenn das Wachstum und die Bearbeitung eines Kristalls nicht sorgfältig gesteuert werden, Defekte in dem Kristall auf, die die elektronischen Eigenschaften des Kristalls und jedes aus diesem hergestellten, resultierenden Bauelements wesentlich beeinflussen. In vielen Fällen machen defekte Kristalle solche Bauelemente inoperabel.
  • Eines der kennzeichnenden Merkmale von Kristallen ist ihre innere Ordnung. Diese innere Ordnung umfaßt eine gewöhnlich in drei Dimensionen vorliegende regelmäßige Wiederholung eines strukturellen Musters an Spezies (beispielsweise Atome, Ionen oder Moleküle). Diese regelmäßige Wiederholung erstreckt sich nicht nur bis zu der unmittelbaren Umgebung eines jeden einzelnen Atoms, Ions oder Moleküls, sondern auch über große Entfernungen, welche Millionen von Wiederholungen des strukturellen Basismusters repräsentieren.
  • Ein Nachteil einer solchen Wiederholung in der Kristallstruktur ist jedoch, daß wann immer ein Defekt in der Kristallstruktur auftritt, die Natur des Kristallwachstums derart ist, daß der Defekt in dem Kristall gleichfalls immer wieder wiederholt wird, wenn der Kristall wächst. Diese Defekte werden oft Versetzungen genannt, und solche strukturellen Unvollkommenheiten erstrecken sich typischerweise über Entfernungen von hunderten von Ångström (10 Ångström = 1 nm). Typische Arten von Versetzungen werden als Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen, Stapelfehler, gegenphasische Korngrenzen und doppelt positionierende Korngrenzen erwähnt. Diese Defekte können ernsthaft genug sein, um als sichtbare Uneinheitlichkeit in der Oberflächenmorphologie des Kristalls zu erscheinen. Zusätzlich fördern solche Defekte in einem Material wie beispielsweise Siliziumkarbid, das sich in einer großen Anzahl an durch geringe thermodynamische Differenzen separierten Polytypen bilden kann, die ungewünschte Kristallisationskernbildung von anderen Polytypen als der Polytyp des Basiskristalls.
  • Verschiedene negative elektrische Effekte resultieren typischerweise aus solchen Defekten und Versetzungen. Der ernsthafteste elektrische Effekt ist das Auftreten ungewünschter oder unannehmbarer Leckstrommengen in vielen Bauelementtypen. Ein anderer Effekt ist die aus Streustößen in defekten Kristallen resultierende verringerte Elektronenbeweglichkeit. Die verringerte Elektronenbeweglichkeit zeigt sich dann wieder als ein erhöhter Widerstand in dem speziellen Bauelement. Bei optischen Bauelementen wie beispielsweise lichtemittierenden Dioden verursachen Kristalldefekte Veränderungen der emittierten Wellenlänge und fördern unannehmbar große Bandbreiten der Emissionen.
  • Eine Kristallwachstumstechnik, die bei der Herstellung bestimmter Halbleiterbauelemente erwünscht und bei der Herstellung anderer erforderlich ist, ist das Wachstum von Dünnfilmen eines monokristallinen Halbleitermaterials auf einer anderen Oberfläche desselben oder eines anderen Halbleitermaterials oder sogar auf einem nichthalbleitenden Substrat. Ein solches Wachstum wird gewöhnlich durch Techniken wie beispielsweise Flüssigphasen-Epitaxie oder Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren durchgeführt und diejenigen mit durchschnittlicher Fertigkeit in der Halbleiter-Technik sind im allgemeinen mit diesen vertraut. Diese Prozesse verlaufen im allgemeinen als ein sorgfältiger Aufbau eines Dünnfilms oder einer "epitaktischen" Schicht aus neuem kristallinem Material auf das vorhandene Material. Die Natur von Kristallwachstumsprozessen ist derart, daß Defekte in der Oberfläche, auf welche das neue kristalline Material abzuscheiden ist, dazu neigen, in dem neuen kristallinen Material, das auf ihr wächst, genau wiederholt zu werden. Da die epitaktischen Schichten typischerweise diejenigen Bereiche des Halbleitermaterials sind, die dazu verwendet werden, die gewünschten elektronischen Bauelemente zu bilden und zu betreiben, können diese wiederholten Defekte den resultierenden Kristall von einem elektronischen Standpunkt aus weniger wünschenswert oder sogar nicht-funktionsbeteiligt machen.
  • Daher tritt der Bedarf auf, Oberflächen, auf welchen epitaktisches Kristallwachstum stattfinden kann, genau zu präparieren, während Defekte während der Herstellung von Halbleitermaterial für elektronische Bauelemente minimiert oder im wesentlichen beseitigt werden.
  • Das Problem bei allen Oberflächenpräparierungstechniken ist jedoch das des Versuchs, vorhandenen Schaden oder Defekte von der Oberfläche zu entfernen, ohne weiteren Schaden bei dem Versuch zu verursachen. In dieser Hinsicht werden diejenigen, die mit der Präparierung von Halbleiteroberflächen vertraut sind, erkennen, daß eine typische Technik das Herstellen eines "Bulk"- Kristalls, das Zersägen oder Zerschneiden des Kristalls in kleinere Kristalle oder Wafer, das Läppen des Kristalls durch Verwenden einer abrasiven Paste in Verbindung mit einer harten Oberfläche, um schnell eine ziemlich große Materialmenge zu entfernen, und das Polieren der Kristalloberfläche durch Verwenden einer gleichartigen Paste, jedoch in einer milderen Form und mit einer weicheren Oberfläche, um eine fertige Oberfläche des Halbleitermaterials zu erzeugen, umfaßt. In jedem Fall bilden diese Schritte "schadensnukleierte Defekte", die während des epitaktischen Wachstumsprozesses reproduziert werden.
  • Im Falle des Polierens von Silizium(Si)-Wafern können schadensnukleierte Defekte einfach in einem letzten Polierschritt durch Verwenden einer "Polier-Ätze" entfernt werden. Solch ein Schritt verwendet ein sehr feines Schleifmittel in einem Poliermedium, das die Si-Oberfläche auch chemisch ätzt, während sie poliert wird. Die resultierende Oberfläche ist sowohl glatt als auch im wesentlichen frei von Schaden. Typische Polierätzen für Silizium verwenden eine Suspension aus SiO&sub2;-Partikeln in einer basischen Lösung (NaOH oder KOH), die die Si-Oberfläche oxidiert. Dieses Oxid wird dann wieder mechanisch durch die SiO&sub2;-Partikel entfernt.
  • Wie in der US-A-4,865,685 bekannt gemacht, ist kürzlich wieder das Interesse an der Verwendung von Siliziumkarbid (SiC) als ein Halbleitermaterial entfacht worden. Siliziumkarbid ist vor langem als ein Halbleitermaterial mit bestimmten vorteilhaften Eigenschaften anerkannt worden. Diese umfassen eine große Bandlücke, eine hohe thermische Leitfähigkeit, eine hohe gesättigte Elektronendriftgeschwindigkeit und eine hohe Elektronenbeweglichkeit. Jedoch als Hindernisse für seine Kommerzialisierung erfordert Siliziumkarbid hohe Prozeßtemperaturen für im übrigen gewöhnliche Techniken, sind gute Ausgangsmaterialien schwierig zu erhalten, sind bestimmte Dotiertechniken traditionell schwierig auszuführen gewesen und, vielleicht am wichtigsten, kristallisiert Siliziumkarbid in über 150 Polytypen, von denen viele durch sehr geringe thermodynamische Differenzen separiert sind. Trotzdem haben es neue Fortschritte, einschließlich der in der US-A-4,865,685 und der US-A-4,866,005 diskutierten, möglich gemacht, Siliziumkarbid und auf Siliziumkarbid basierte Bauelemente auf einer kommerziellen Basis und in kommerziellem Umfang herzustellen.
  • Beim Ausführen des epitaktischen Wachstums von Siliziumkarbid ist jedoch entdeckt worden, daß die gewöhnlichen, von einer Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren (CVD) gefolgten Techniken des Zerschneidens, Läppens und Polierens von Siliziumkarbid-Oberflächen eine Vielzahl an sichtbaren Defekten, einschließlich Stapelfehler und dergleichen, erzeugen. Diese resultieren anscheinend von einem durch diese mechanischen Präparierungsschritte verursachten Schaden unter der Oberfläche, und denjenigen reparieren die Folgeschritte wie beispielsweise das feine Polieren, das Naßätzen und die Oxidation nicht. Diese führen dann wieder zu den sich wiederholenden Defekten, wenn die epitaktische Schicht auf der Oberfläche gewachsen ist.
  • Zusätzlich sind Präparierungsschritte, die für Materialien wie beispielsweise Silizium geeignet sind, nicht analog für Siliziumkarbid geeignet. Wie früher dargelegt, verwendet die Oberflächenpräparierung von Silizium eine chemische Politur, die das Silizium chemisch sowie physikalisch geringfügig ätzt. Siliziumkarbid ist jedoch chemisch sehr viel stabiler - und daher nichtreaktiver - als Silizium, und keine geeignete analoge chemische Politur ist gegenwärtig bekannt oder wird mit Siliziumkarbid verwendet. Folglich werden mit Siliziumkarbid unterschiedliche Techniken verwendet.
  • Eine Technik zum Entfernen verbliebener Defekte von SiC-Oberflächen ist ein flüssiges oder "nasses" Ätzen, wobei geschmolzene Salzmaterialien wie beispielsweise Kaliumhydroxid (KOH) verwendet werden. Salzschmelzen-Ätzen sind jedoch schwierig zu steuern, erfordern im allgemeinen hohe Temperaturen (beispielsweise 700-800ºC) und neigen dazu, chemisch aggressiv und schwierig zu steuern zu sein.
  • Eine andere versuchte Lösung umfaßt ein anodisches Ätzen, bei welchem die zu ätzende Probe als die Anode in einem elektrolytischen Kreis verwendet wird, wobei relativ konzentriertes Kaliumhydroxid (beispielsweise 20% wässeriges KOH), Chromsäure oder Oxalsäure als der Elektrolyt verwendet wird. Dies hat jedoch den Nachteil, daß p- und n-Typ-Material unter jeder vorgegebenen Gruppe an Bedingungen mit merklich unterschiedlichen Geschwindigkeiten ätzen. Zusätzlich ist das anodische Ätzen ein Niedervolumen-Verfahren, das oft kommerziell ungeeignet ist, und unter bestimmten Bedingungen wird auch das elektrolytische Plattieren ein Problem.
  • Eine zusätzliche Technik der SiC-Oberflächenpräparierung ist die Oxidation einer Oberfläche, welche von dem Entfernen des oxidierten Anteils gefolgt ist. Oxidationstechniken haben jedoch zahlreiche Probleme, einschließlich des Versäumnisses, genug Material bei einer lebensfähigen Geschwindigkeit zu entfernen. Es kann beispielsweise bis zu einer Woche an Oxidationswachstum und -entfernung dauern, um einen Mikrometer bestimmter Materialtypen zu entfernen. Oxidationstechniken können ebenfalls Rückverteilungseffekte eines Dotierstoffs und oxidationsinduzierte Stapelfehler zur Folge haben.
  • Folglich existiert ein Bedarf für ein Verfahren zum Präparieren von Siliziumkarbid-Oberflächen für ein weiteres Kristallwachstum, insbesondere ein epitaktisches Wachstum, welches den durch die erforderlichen Schneide- und Polierschritte verursachten Schaden entfernt, während es das Einbringen zusätzlicher Defekte vermeidet, die aus dem Präparationsschritt selbst resultieren.
    • Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für ein epitaktisches Wachstum eines monokristallinen Siliziumkarbid-Dünnfilms auf einer Siliziumkarbid-Oberfläche bereitzustellen, welches die Defektdichte in dem resultierenden Dünnfilm und in der Grenzfläche zwischen dem Dünnfilm und der Siliziumkarbid-Oberfläche reduziert. Die Erfindung erfüllt diese Aufgabe mittels des durch Anspruch 1 definierten Verfahrens.
  • Die vorhergehenden und weiteren Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung und die Art, auf welche dieselben erfüllt sind, werden nach Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung leichter ersichtlich werden.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
  • Die vorliegende Erfindung ist ein derartiges Verfahren für ein epitaktisches Wachstum eines monokristallinen Siliziumkarbid- Dünnfilms auf einer Siliziumkarbid-Oberfläche, welches die Defektdichte in dem resultierenden Dünnfilm und in der Grenzfläche zwischen dem Dünnfilm und der Siliziumkarbid-Oberfläche reduziert.
  • Das Verfahren umfaßt zuerst das Bilden einer im wesentlichen planaren Oberfläche auf einem monokristallinen Siliziumkarbid- Kristall. In den bevorzugten Ausführungen der Erfindung umfaßt dieser Schritt das mechanische Präparieren des Siliziumkarbid- Kristalls, um die im wesentlichen planare Oberfläche zu bilden. Ein "Bulk"-Kristall aus Siliziumkarbid wird mit einer üblichen Technik zerschnitten, gewöhnlich durch Zersägen oder ein würfelartiges Zerteilen, um eine besonders planare Oberfläche zu exponieren. Wie später hierin diskutiert, ist diese Oberfläche oftmals unter Bezugnahme auf die Millerschen Indizes des Kristalls speziell ausgewählt, um ein weiteres Wachstum zu vergrößern. In einer typischen Ausführung umfaßt der Schritt des mechanischen Präparierens des Kristalls das Zerschneiden des Siliziumkarbid-Kristalls, um die im großen und ganzen planare Oberfläche freizulegen, und dann das Läppen der im großen und ganzen planaren Oberfläche mit einer abrasiven Paste. Wie früher festgestellt, bezieht sich der Ausdruck Läppen auf die Verwendung einer abrasiven Paste wie beispielsweise einer Diamant-Paste und einer anderen harten Oberfläche, um die Siliziumkarbid-Oberfläche zu schleifen.
  • Auf den Läpp-Schritt folgend wird die Oberfläche typischerweise unter Verwendung eines milderen Schleifmittels und eines weicheren Polierinstruments poliert. Wie früher festgestellt, würde der Polier-Schritt bei älteren Kristallwachstumstechniken manchmal den letzten Schritt vor dem Beginnen des epitaktischen Wachstums darstellen.
  • Auf ihre anfängliche mechanische Präparierung folgend wird die im wesentlichen planare Oberfläche einem Ätzplasma ausgesetzt, bis jeder durch die mechanische Präparierung verursachte Oberflächenschaden oder Schaden unter der Oberfläche im wesentlichen beseitigt ist. Obgleich Anwender nicht wünschen, durch irgendeine spezielle Theorie gebunden zu sein, zeigt es sich aus früherer Arbeit mit Siliziumkarbid, daß typische Läpp- und Polier-Schritte Schaden unter der Oberfläche verursachen, selbst während die exponierte planare Oberfläche mechanisch verbessert wird. Dieser Schaden unter der Oberfläche scheint Kristallisationskernbildungsziele für Kristalldefekte in auf dieser Oberfläche gewachsenen Dünnfilmen zu liefern. Die Entfernung von Siliziumkarbid-Material unter Verwendung des Ätzplasmas hilft offenbar, diesen Schaden unter der Oberfläche sowie den offensichtlicheren Oberflächenschaden zu beseitigen.
  • Der Ätzplasma-Schritt ist jedoch auf eine Zeitdauer begrenzt, die weniger als diejenige beträgt, oberhalb welcher die Plasmaätze selbst neue Defekte in der Oberfläche ausbildet oder vorhandene verschlimmert, wobei es sich von selbst versteht, daß das übliche Ziel von Ätztechniken das Entfernen von Material in einer ziemlich direkten Form ist und daß deren Verwendung zum Präparieren einer planaren Oberfläche wie bei der vorliegenden Erfindung eine bedachtere Technik erfordert. Als allgemeine Richtlinien fördert ein Ätzprozeß, der eine zu lange Zeitdauer abläuft, die später hierin diskutierten "Mikromaskier"-Effekte. Entsprechend kann ein Ätzprozeß, dem ermöglicht ist, sich in eine größere als die erforderliche Tiefe zu erstrecken, dazu neigen, zusätzliche existierende Defekte freizulegen, die sich während der späteren epitaktischen Wachstumsschritte reproduzieren. Da typischerweise mindestens 0,02 Mikrometer (200 Ångström) an Material entfernt werden müssen, um jeden Schaden zu entfernen, sind folglich Ätztiefen von zwischen etwa 0,02 und 10 Mikrometer gegenwärtig bevorzugt, wobei Ätztiefen von zwischen etwa 0,5 und 1 Mikrometer am bevorzugtesten sind.
  • Zusätzlich umfaßt das Verfahren nach der Erfindung ein Plasmagas und ein Elektrodensystem, die selbst keine wesentlichen Defekte in der Oberfläche verursachen.
  • Wie hierin später vollständiger diskutiert, ist der letzte Schritt das Abscheiden eines Dünnfilms aus monokristallinem Siliziumkarbid auf die geätzte Oberfläche mittels Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren.
  • Der Ätzschritt muß in einer besonderen Form ausgeführt werden, um die Vorteile der Erfindung zu bewahren. Allgemein umfaßt der Schritt des Verwendens eines Ätzplasmagases und eines Elektrodensystems, die selbst keine wesentlichen Defekte in der Oberfläche verursachen, das Anlegen eines plasmaerzeugenden Potentials über zwei Elektroden und das Erzeugen eines Plasmas durch Zuführen eines Gases zwischen dieselben. Das Gas ist derart ausgewählt, daß es in dem Plasma leicht im wesentlichen in seine elementaren Spezies dissoziiert wird, daß die gesamten dissoziierten Spezies aus dem Gas in dem Plasma leicht flüchtig sind und daß mindestens eine der dissoziierten Spezies mit Siliziumkarbid reaktiv ist. Die Auswahl des Gases gemäß diesen Kriterien ist wichtig, da Gase wie beispielsweise Fluorkohlenstoff (CF&sub4;), obgleich sie mit Siliziumkarbid unter Plasmabedingungen reaktiv sind, dazu neigen, Fluorkohlenstoffradikale zu erzeugen. Diese neigen dann wieder oftmals dazu, sich in der Form von Fluorkohlenstoffverbindungen oder sogar Polymeren auf die geätzt werdende Oberfläche abzuscheiden. Daher muß ein Gas ausgewählt werden, welches einerseits mit Siliziumkarbid reagiert und bei welchem andererseits die dissoziierten Spezies eher leicht flüchtig bleiben als daß sie Verbindungen bilden, die sich auf der Oberfläche abscheiden.
  • Folglich ist das Gas ein Gemisch aus etwa 10% Distickstoffoxid (N&sub2;O) in Stickstofftrifluorid.
  • Entsprechend umfaßt der Schritt des Erzeugens eines reaktiven Ionenplasmas bei einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens das Anlegen einer direkten Stromspannung an das Plasma, und falls gewünscht, kann das Verfahren weiter den Schritt des Anlegens eines magnetischen Felds an das Target umfassen, um die Ätzrate des Siliziumkarbid-Targets in dem Plasma zu steigern. In einem solchen Fall umfaßt der Schritt des Anlegens des magnetischen Felds vorzugsweise die Anordnung eines an das Siliziumkarbid-Target angrenzenden Magneten.
  • Für diejenigen, die mit Plasmatechniken vertraut sind, versteht es sich ebenfalls von selbst, daß jede andere geeignete Art des Erzeugens und des Aufrechterhaltens des Plasmas gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Solche anderen Techniken umfassen reaktive Ionenstrahlplasmen und Elektron-Zyklotron-Resonanz(ECR)-Plasmen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. ECR-Plasmen sind besonders zum Erhalt eines einheitlichen Plasmas bei niedrigeren Drücken geeignet.
  • Als eine andere Überlegung bei dem Ätzprozeß muß das Material, aus welchem die Elektroden gebildet sind, sorgfältig adressiert werden. Die Beachtung der Ergebnisse anderweitig analoger Ätzprozesse, bei welchen eine eloxierte Aluminiumkathode als das Target verwendet worden ist, deutet an, daß während solcher Ätzprozesse Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) von der Kathode auf die geätzt werdende Oberfläche sputtert. Diese geringen Metall- oder Metalloxidabscheidungen "mikromaskieren" die Oberfläche, so daß ein weiteres Ätzen in ungleichmäßiger Form stattfindet. Wie in diesem Patent weiter diskutiert, scheint die Verwendung einer Kathode aus rostfreiem Stahl entsprechend Eisen und Eisenverbindungen auf die Oberfläche zu sputtern. Zusätzlich können Materialien wie beispielsweise Aluminium in unerwünschter Weise mit Fluor in dem Plasma reagieren, um zusätzliche Fluor enthaltende Spezies zu erzeugen, die sich in ebenfalls unerwünschter Weise auf der geätzten Oberfläche ansammeln. Deshalb ist bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eine Kohlenstoffkathodenabdeckplatte in der Ätzkammer angeordnet, um die Oberflächenabscheidung von sowohl Fluor als auch Al&sub2;O&sub3; zu vermeiden. Kohlenstoff hat bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mehrere Vorteile; insbesondere weist er eine sehr niedrige Sputterausbeute auf. Zusätzlich reagiert Kohlenstoff in der Kathode mit Fluor-Spezies in dem Plasma, was sie davon abhält, sich auf der geätzten Siliziumkarbid-Oberfläche anzusammeln.
  • Ein weiteres bevorzugtes Abdeckplattenmaterial ist Quarz (SiO&sub2;). Wenn eine Quarzabdeckplatte verwendet wird, sind die einzigen Ätzprodukte, die sich bilden können, SiFx (wo x gleich 1 bis 4 ist), SiO und O&sub2;. All diese Spezies sind in dem Plasma leicht flüchtig, bilden sich nicht in der Reaktionskammer und bilden keine mikromaskierenden Spezies. Zusätzlich teilt Quarz bestimmte Vorteile mit Kohlenstoff wie beispielsweise die niedrige Sputterausbeute und die unschädliche Abscheidung auf Siliziumkarbid. Insbesondere wenn SiO&sub2; auf die Siliziumkarbid-Oberfläche gesputtert ist, wird es viel schneller als das Siliziumkarbid durch die Ätze entfernt werden und daher keine auffällige Auswirkung haben.
  • Daher umfaßt die Erfindung das Positionieren der im wesentlichen planaren Siliziumkarbid-Oberfläche als ein Target auf eine der Elektroden, welche aus dem Material mit der niedrigen Sputterausbeute gebildet ist und bei welcher das Elektrodenmaterial mit der dissoziierten Spezies reaktiv ist. Das Plasma reagiert mit dem Siliziumkarbid, um dadurch das Siliziumkarbid zu ätzen, während die Reaktion der dissoziierten Spezies mit der Elektrode und die niedrige Sputterausbeute der Elektrode die Verschmutzung des Targets mit entweder gesputterten Materialien von der tragenden Elektrode oder nicht flüchtigen Spezies aus dem Plasma verhindern.
  • Die allgemeinen Techniken für das reaktive Ionenätzen sind denjenigen bekannt, die mit diesem Fachgebiet vertraut sind, und spezielle Techniken können ohne ein übermäßiges Experimentieren herausgefunden und angepaßt werden. Außerdem sind mehrere spezielle Parameter für die Verwendung mit Siliziumkarbid in der US-A-4,865,685 bekannt gemacht. Bei den bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Schritt des Anlegens des plasmaerzeugenden Potentials ein Anlegen zwischen etwa 10 und 400 Watt Leistung an die Elektroden bei einer Leistungsdichte zwischen etwa 0,04 und 2 Watt pro Quadratzentimeter. Bei der bevorzugtesten Ausführung ist eine Leistungsdichte von zwischen etwa 0,4 und 0,9 Watt pro Quadratzentimeter an die geladene Elektrode angelegt.
  • Das Gas wird typischerweise bei einer Strömungsrate zwischen etwa 1 und 500 Normkubikzentimeter pro Minute (sccm) zugeführt, wobei eine Strömung von etwa 50 sccm am bevorzugtesten ist. Bei einer bevorzugtesten Ausführung umfaßt der Schritt des Zuführens eines Gases das Zuführen eines Gemischs aus etwa 10% Distickstoffoxid in Stickstofftrifluorid mit 50 sccm bei einem Druck von etwa 13,3 Pa (100 Millitorr) mit etwa 100 Watt Leistung an den Elektroden bei einer Gleichstromvorspannung von etwa 130 Volt und das Verwenden der Quarzabdeckplatte auf der Target-Elektrode. Unter solchen Bedingungen beginnt das Entfernen von Material in etwa 9 Sekunden und kann in Abhängigkeit von der zu entfernenden Materialmenge 75 Minuten oder länger andauern. Eine typische Ätze entfernt unter diesen Bedingungen etwa 0,5 Mikrometer in etwa 3,7 Minuten. Eine 75-Minuten-Ätze entfernt unter diesen Bedingungen entsprechend etwa 10 Mikrometer.
  • Schließlich umfaßt das Verfahren nach der Erfindung das Abscheiden eines Dünnfilms aus monokristallinem Siliziumkarbid auf die geätzte Oberfläche mittels Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren. Bei bevorzugten Ausführungen umfaßt dies das Abscheiden eines Dünnfilms aus entweder 6H("Alpha")- oder 3C("Beta")-Siliziumkarbid auf einer Alpha-Siliziumkarbid-Oberfläche.
  • Wo die abzuscheidende Dünnfilmschicht 6H-Siliziumkarbid ist, umfaßt das Verfahren das Abscheiden einer Dünnfilmschicht aus 6H-Siliziumkarbid auf einer flachen Grenzflächen-Oberfläche aus 6H-Siliziumkarbid, die mehr als ein Grad weg von der Achse bezüglich einer deren Basisebenen, im wesentlichen zu einer der < 11 0> -Richtungen hin, geneigt ist.
  • Wo ein Dünnfilm aus Beta-Siliziumkarbid abzuscheiden ist, umfaßt der Schritt des Abscheidens des Dünnfilms das epitaktische Abscheiden eines Beta-Siliziumkarbid-Dünnfilms in der [111]- Wachstumsrichtung auf der (0001)-Si-Fläche einer 6H-Siliziumkarbid-Oberfläche, so daß die (111)-Kristallographie des Beta- Siliziumkarbid-Dünnfilms mit der (0001)-Kristallographie der 6H-Siliziumkarbid-Oberfläche zusammenpaßt und daß die (10 )- Fläche des Beta-Siliziumkarbids parallel zu der (11 0)-Fläche des 6H-Siliziumkarbids und die (111)-Fläche des Beta-Siliziumkarbids parallel zu der (0001)-Fläche des 6H-Siliziumkarbids ist.
  • Gute Hintergrunddiskussionen von Aspekten dieser Techniken sind in den US-Patenten Nr. 4,912,063 und 4,912,064 bekannt gemacht.
  • In der Beschreibung sind typische bevorzugte Ausführungen der Erfindung offenbart worden, und obwohl spezifische Ausdrücke verwendet worden sind, sind sie lediglich in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn verwendet worden und beabsichtigen keine Beschränkung, wobei der Umfang der Erfindung in den folgenden Ansprüchen bekannt gemacht ist.

Claims (11)

1. Ein Verfahren für ein epitaktisches Wachstum eines monokristallinen Siliziumkarbid-Dünnfilms auf einer Siliziumkarbid- Oberfläche, welches die Defektdichte in dem resultierenden Dünnfilm und in der Grenzfläche zwischen dem Dünnfilm und der Siliziumkarbid-Oberfläche reduziert, wobei das Verfahren umfaßt:
Bilden einer im wesentlichen planaren Oberfläche auf einem monokristallinen Siliziumkarbid-Kristall,
Anlegen eines plasmaerzeugenden Potentials über zwei Elektroden,
Erzeugen eines Plasmas zwischen den beiden Elektroden durch Zuführen eines Gemischs aus zehn Prozent Distickstoffoxid in Stickstofftrifluorid bei einem Druck von 13,3 Pa (100 Millitorr),
Positionieren der im wesentlichen planaren Siliziumkarbid- Oberfläche als ein Target auf eine der Elektroden, worin die eine der Elektroden aus einem Material mit einer niedrigen Sputterausbeute gebildet ist und worin das Elektrodenmaterial mit den dissoziierten Spezies reaktiv ist,
Aussetzen der im wesentlichen planaren Oberfläche dem Plasma, bis jeder durch die mechanische Präparierung verursachte Oberflächenschaden oder Schaden unter der Oberfläche im wesentlichen beseitigt ist, jedoch für eine Zeitdauer, die die Ätztiefe auf zwischen 0,02 und 10 Mikrometer begrenzt, und
epitaktisches Abscheiden des monokristallinen Siliziumkarbid-Dünnfilms auf die geätzte Oberfläche mittels Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren.
2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Bildens der im wesentlichen planaren Oberfläche auf einem Siliziumkarbid-Kristall umfaßt:
Zerschneiden eines Siliziumkarbid-Kristalls, um eine im großen und ganzen planare Oberfläche freizulegen,
Läppen der im großen und ganzen planaren Oberfläche mit einer abrasiven Paste und
Polieren der im großen und ganzen planaren Oberfläche mit einer abrasiven Paste, um eine in hohem Maße planare Oberfläche zu erzeugen.
3. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des epitaktischen Abscheidens des monokristallinen Siliziumkarbid- Dünnfilms auf die geätzte Oberfläche mittels Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren ein Abscheiden einer Dünnfilmschicht aus 6H-Siliziumkarbid auf einer flachen Grenzflächen- Oberfläche aus 6H-Siliziumkarbid umfaßt, die mehr als ein Grad weg von der Achse bzgl. einer deren Basisebenen, im wesentlichen zu einer der < 11 0> -Richtungen hin, geneigt ist.
4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des epitaktischen Abscheidens des monokristallinen Siliziumkarbid- Dünnfilms auf die geätzte Oberfläche mittels Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren ein epitaktisches Abscheiden eines Beta-Siliziumkarbid-Dünnfilms in der [111]-Wachstumsrichtung auf der (0001)-Si-Fläche einer 6H-Siliziumkarbid-Oberfläche umfaßt, so daß die (111)-Kristallographie des Beta-Siliziumkarbid-Dünnfilms mit der (0001)-Kristallographie der 6H-Siliziumkarbid-Oberfläche zusammenpaßt und daß die (10 )-Fläche des Beta-Siliziumkarbids parallel zu der (11 0)-Fläche des 6H-Siliziumkarbids und die (111)-Fläche des Beta-Siliziumkarbids parallel zu der (0001)-Fläche des 6H-Siliziumkarbids ist.
5. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens des Plasmas ein Anlegen einer direkten Stromspannung an das Plasma umfaßt.
6. Ein Verfahren nach Anspruch 1, welches des weiteren den Schritt des Anlegens des magnetischen Felds an das Target umfaßt, um die Ätzrate des Siliziumkarbid-Targets in dem Plasma durch Anordnung eines an das Siliziumkarbid-Target angrenzenden Magneten zu steigern.
7. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Positionierens der im wesentlichen planaren Siliziumkarbid-Oberfläche als ein Target auf die eine der Elektroden ein Positionieren der im wesentlichen planaren Siliziumkarbid-Oberfläche auf die eine der Elektroden umfaßt, welche eine Kohlenstoffkathode oder eine Quarzkathode ist.
8. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Anlegens des plasmaerzeugenden Potentials ein Anlegen zwischen 10 und 400 Watt Leistung an die Elektroden bei einer Leistungsdichte zwischen 0,04 und 2 Watt pro Quadratzentimeter an die geladene Elektrode umfaßt.
9. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Zuführens des Gemischs aus Distickstoffoxid und Stickstofftrifluorid ein Zuführen des Gemischs bei einer Strömungsrate zwischen 1 und 500 Normkubikzentimeter pro Minute umfaßt.
10. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens des Plasmas das Erzeugen eines reaktiven Ionenstrahlplasmas umfaßt.
11. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens des Plasmas das Erzeugen eines Elektron-Zyklotron-Resonanzplasmas umfaßt.
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