[发明专利]提高碳化硅外延片晶体质量的方法

说明书

本发明公开了一种提高碳化硅外延片晶体质量的方法，首先选择碳化硅衬底，利用图形产生技术，在衬底表面制作图形化结构，之后在衬底表面镀金属镍掩膜层，利用图形转移技术，对衬底进行刻蚀，获得图形化碳化硅衬底，最后采用CVD外延方法制备碳化硅外延层。本发明通过制备图形化衬底，有效提高了碳化硅外延片的晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种提高碳化硅外延片晶体质量的方法。

背景技术

碳化硅材料拥有优异的物理性能和稳定的化学性能，与传统硅材料相比，具有更大的禁带宽度、更高的击穿电场强度和更高的热导率，可以在更为苛刻的条件下服役，在工业制造、新能源、国防装备等领域都有重要应用。

目前所有的碳化硅基器件都是在外延片上实现的，高质量的碳化硅外延片是研发碳化硅基器件的基础，因此外延片的晶体质量严重影响着器件的性能。碳化硅外延片的缺陷主要分为结构缺陷和形貌缺陷，结构缺陷基本来自于衬底位错的延伸和扩展，形貌缺陷是因为外延生长过程中，腔室内的颗粒物或工艺问题造成的表面形貌缺陷。目前碳化硅衬底在外延生长过程中很难实现缺陷的调控，衬底中存在的缺陷也无法在外延生长过程中发生湮灭。因此如何继续降低外延片缺陷密度，提高外延片质量以满足不断提高的器件制造工艺水平和产品良率，仍然是一个重要的亟需解决的难题。

发明内容

针对现有技术的上述不足，即很难通过外延生长工艺参数实现缺陷的调控，衬底的缺陷无法在外延生长过程中湮灭，本发明的目的是提供一种提高碳化硅外延片晶体质量的方法，该方法能够有效降低外延层薄膜的缺陷密度，提高外延片晶体质量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳化硅外延方法，所述方法包括：

步骤S1)选择碳化硅衬底，并对碳化硅衬底片进行清洗；

步骤S2)利用图形产生技术，在碳化硅衬底表面制备图形；

步骤S3)在衬底表面镀一层金属镍，用作金属掩膜层；

步骤S4)将金属放入溶液中进行剥离，去除表面光刻胶；

步骤S5)利用图形转移技术，对碳化硅衬底进行刻蚀，获得图形化碳化硅衬底；

步骤S6)清洗碳化硅衬底，获得洁净的具有清晰结构的图形化衬底；

步骤S7)将清洗好的图形化碳化硅衬底放入外延炉进行外延生长，获得高质量碳化硅外延层。

优选的，步骤S1)中，碳化硅衬底为(0001)晶面碳化硅衬底，具体为具有偏晶向(0001)晶面碳化硅衬底或正晶向(0001)晶面碳化硅衬。

进一步的，步骤S2)中，图形产生技术主要有紫外光刻技术，电子束曝光技术或纳米压印技术；步骤S2)中，制备的图形形状可以有长条状图形、六边形棱柱图形、圆柱形、圆锥形等，图形尺寸在微纳米尺度。

进一步的，步骤S3)中，金属掩膜层产生方法主要是电子束蒸镀技术，磁控溅射技术或者电镀技术。

进一步的，步骤S3)中，金属掩膜层厚度根据图形尺寸以及刻蚀选择比决定。

进一步的，步骤S4)中，剥离工艺涉及到的溶液为丙酮溶液，将图形衬底放置在丙酮溶液中进行剥离，去除留在衬底表面的光刻胶，剥离时可以辅助加热或者超声手段，加速光刻胶剥离的速度。

进一步的，步骤S5)中，图形转移技术为ICP刻蚀技术。

进一步的，步骤S6)中，采用稀盐酸对刻蚀后的碳化硅衬底进行清洗，目的是去除留在衬底表面的金属镍，之后在丙酮、无水乙醇、去离子水溶液中进行超声清洗，在真空干燥箱内烘干，获得洁净的具有清晰结构的图形化碳化硅衬底。

进一步的，步骤S7)中，外延生长的方法是CVD方法，可以是LPCVD也可以是HTCVD方法。