專利名稱：基板處理方法和結(jié)晶性碳化硅(sic)基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如單晶碳化硅(SiC)的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的預(yù)處理方法和一種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種借助在加熱處理基板的方法中預(yù)處理來獲得表面平坦性的技術(shù)。
背景技術(shù)：
為了電活化注入至單晶碳化硅(SiC)基板中的雜質(zhì)，在高溫下進(jìn)行活化退火處理過程。然而，當(dāng)將碳化硅(SiC)基板中的雜質(zhì)進(jìn)行活化退火時(shí)，不利地發(fā)生基板的表面粗糙。作為解決該問題的方法，已知添加硅烷(SiH4)氣體以進(jìn)行退火的方法(參見非專利文獻(xiàn)1)、施加碳涂層至待處理的基板以進(jìn)行退火的方法(參見專利文獻(xiàn)1)和在其中在高真空區(qū)域中殘留水的分壓降低的氣氛下進(jìn)行退火的方法(參見專利文獻(xiàn)幻。專利文獻(xiàn) 3公開了在基板上形成外延層，在外延層的表面上形成離子注入層，進(jìn)行用于激活雜質(zhì)的高溫退火并且隨后使用等離子體將單晶碳化硅(SiC)基板的表面(離子注入層的表面)進(jìn)行等離子體刻蝕。[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2005-39257[專利文獻(xiàn)2]國(guó)際公布08/136126小冊(cè)子[專利文獻(xiàn)3]日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2001-35838[非專利文獻(xiàn) 1]M. A. C apano, S. Ryu, J. A. Cooper, JR.，Μ. R. Melloch, K. Rottner, S. Karlsson, N.Nordell, A.Powell, and D. Ε. Walker :J.Electron. Mater, P214-218, Vol. 28，No. 3. (1999)

發(fā)明內(nèi)容
然而，在非專利文獻(xiàn)1中記載的基板加熱處理裝置和加熱處理方法中，由于極難以控制硅烷(SiH4)氣體的添加量，因此存在可能出現(xiàn)硅(Si)的液滴(液化并且聚集的硅)、 或者由基板帶來的水的量的改變使得難以確保在活化退火之后維持碳化硅(SiC)樣品表面平坦性的再現(xiàn)性這樣的問題。在專利文獻(xiàn)1中公開的基板加熱處理裝置中，由于待處理的基板涂布有抗蝕劑 (resist)并且在特定的高溫爐中碳化，并且由此待處理的基板被碳涂布，因此增加過程數(shù)量，并且存在由于來自抗蝕劑的重金屬而污染的擔(dān)心。在專利文獻(xiàn)2中公開的技術(shù)是如下有效技術(shù)在退火期間控制在退火氣氛下殘留水的分壓并且因此可以降低基板的表面粗糙度(RMS值)即碳化硅(SiC)的表面平坦性；該技術(shù)充分地實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)要求的電激活。然而，考慮到產(chǎn)率等的提高，期望實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高的表面平坦性。在專利文獻(xiàn)2中公開的基板加熱處理方法中，當(dāng)將鋁(Al)作為雜質(zhì)注入時(shí)，要求約1900°C的極高溫度以實(shí)現(xiàn)活化率為100% ；在此情況下，沒有觀察到臺(tái)階積累(stepbunching)但是可能局部產(chǎn)生孔如坑，這將導(dǎo)致在pn接合中的泄漏。在專利文獻(xiàn)3中公開的技術(shù)中，進(jìn)行用于活化注入的雜質(zhì)的高溫退火處理，并且其后在基板表面(離子注入層的表面)中形成的臺(tái)階積累和凹凸、沉積在基板表面上的異常沉積材料或者其組成已經(jīng)改變的部分通過等離子體刻蝕物理除去。在專利文獻(xiàn)3中，基板表面通過等離子體刻蝕而除去120nm或0. 1 μ m的厚度。在專利文獻(xiàn)3中公開的技術(shù)中，為了實(shí)現(xiàn)去除退火之后的影響如在SiC表面上的異常沉積材料、組成改變、表面形狀改變(表面平坦性)等的技術(shù)目的，有必要通過刻蝕除去作為SiC基板的表面層的離子注入層的表面(產(chǎn)生表面形狀變化等的表面)的部分。因此，如果離子注入?yún)^(qū)域(雜質(zhì)區(qū)域)的厚度沒有增加，難以形成的離子注入?yún)^(qū)域會(huì)消失。換言之，當(dāng)雜質(zhì)區(qū)域具有小的厚度時(shí)，整個(gè)離子注入?yún)^(qū)域會(huì)被切割。因此，在專利文獻(xiàn)3中，有必要形成比必要的離子注入?yún)^(qū)域的厚度要厚對(duì)應(yīng)于借助等離子體刻蝕而除去的部分的厚度的離子注入?yún)^(qū)域。換言之，有必要形成不僅具有原始要求量(厚度)而且具有額外的厚度的離子注入?yún)^(qū)域；考慮到成本和產(chǎn)率，要求實(shí)現(xiàn)單晶碳化硅(SiC)基板的表面平坦性同時(shí)降低外延層和用于形成額外的離子注入?yún)^(qū)域的雜質(zhì)的量?？紤]到前述問題作出本發(fā)明；本發(fā)明的目的是提供一種基板的處理方法和一種碳化硅(SiC)基板的制造方法，在所述基板的處理方法中，當(dāng)將結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行退火處理時(shí)，抑制表面粗糙的出現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是一種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的處理方法，并且該方法包括對(duì)于離子注入雜質(zhì)原子的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板，使用包含惰性氣體和氟類氣體中至少之一的氣體進(jìn)行等離子體照射的步驟；和對(duì)于已進(jìn)行等離子體照射的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理的步驟。此外，本發(fā)明是一種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，并且該方法包括制備其中離子注入預(yù)定雜質(zhì)原子的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的步驟；對(duì)于結(jié)晶性碳化硅(SiC) 基板，使用包含惰性氣體和氟類氣體中至少之一的氣體進(jìn)行等離子體照射的步驟；和對(duì)于已進(jìn)行等離子體照射的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理的步驟。此外，本發(fā)明是一種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的處理方法，并且該方法包括對(duì)于結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行等離子體照射以除去至少一部分除了所述結(jié)晶性碳化硅 (SiC)基板以外的物質(zhì)的步驟，所述物質(zhì)存在于結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的表面上；和對(duì)于已進(jìn)行等離子體照射的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理的步驟。再進(jìn)一步，本發(fā)明是一種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，并且該方法包括 制備其中離子注入預(yù)定雜質(zhì)原子的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的步驟；對(duì)于結(jié)晶性碳化硅 (SiC)基板進(jìn)行等離子體照射以除去至少一部分除了所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板以外的物質(zhì)的步驟，所述物質(zhì)存在于結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的表面上；和對(duì)于已進(jìn)行等離子體照射的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理的步驟。根據(jù)本發(fā)明的基板處理方法和結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，當(dāng)對(duì)于結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理(例如，退火處理)時(shí)，可以降低在已進(jìn)行高溫加熱處理的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板上的表面粗糙。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的基板處理方法的圖；圖2是在本發(fā)明的比較例1中的退火處理后的表面觀察圖；圖3是在本發(fā)明的比較例2中的退火處理后的表面觀察圖；圖4是在本發(fā)明的實(shí)施例1中的退火處理后的表面觀察圖；圖5是在本發(fā)明的實(shí)施例2中的退火處理后的表面觀察圖；圖6是在本發(fā)明的實(shí)施例3中的退火處理后的表面觀察圖；圖7是在本發(fā)明的實(shí)施例4中的退火處理后的表面觀察圖；圖8是在本發(fā)明的實(shí)施例5中的退火處理后的表面觀察圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方案將詳細(xì)描述如下。在實(shí)施方案中描述的組分僅是示例性的；本發(fā)明的技術(shù)范圍由權(quán)利要求限定并且不限定由以下實(shí)施方案。參考圖1將描述根據(jù)本發(fā)明的基板處理方法的實(shí)例。(基板處理方法1)作為單晶碳化硅(SiC)的基板，將通過借助CVD在單晶碳化硅GH-SiC (0001))基板上生長(zhǎng)10微米P-型SiC外延層而獲得的樣品基板RCA洗滌并且接著使用。因此，在圖 1的初始步驟中，制備在其上形成P-型SiC外延層2的單晶碳化硅(SiC)基板1。第一步驟是在包括ρ-型SiC外延層2的表面的單一區(qū)域上形成緩沖層3的步驟。 離子注入的氧化硅(SiO2)緩沖層3通過在干燥的氧氣(O2)氣氛下在1150°C的溫度下進(jìn)行犧牲氧化30分鐘以致氧化物膜為IOnm厚而形成。第二步驟是將作為雜質(zhì)原子的氮(N+)離子5注入至單晶碳化硅(SiC)基板的離子注入?yún)^(qū)域4的步驟。在室溫下在注入能量為MkeV至120keV的多個(gè)階段以實(shí)現(xiàn)盒型輪廓的方式在注入量為4X 1019/cm3和深度為250nm的條件下進(jìn)行離子注入。代替氮(N)，要注入的雜質(zhì)原子可以為磷⑵、鋁(Al)和硼⑶中任何一種。在第三步驟中，作為緩沖層3的氧化硅(SiO2)層通過氫氟酸除去。第四步驟是照射等離子體至單晶碳化硅(SiC)基板的表面(離子注入?yún)^(qū)域4)的步驟。等離子體照射使用氬(Ar)氣、氬(Ar)氣和四氟化碳(CF4)氣體的混合氣體或者四氟化碳(CF4)氣體通過電感耦合等離子體(ICP)刻蝕機(jī)進(jìn)行。此處，優(yōu)選進(jìn)行等離子體照射以致刻蝕量(SiC刻蝕量)為20nm以下。在第五步驟中，借助RCA洗滌來清潔(洗滌)已經(jīng)在第四步驟中對(duì)其進(jìn)行等離子體照射的單晶碳化硅(SiC)基板。第六步驟是對(duì)于已經(jīng)進(jìn)行等離子體照射的單晶碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理(活化退火處理)的步驟。在該步驟中，在已經(jīng)在第四步驟中進(jìn)行等離子體照射并且已經(jīng)形成離子注入?yún)^(qū)域4的具有ρ-型SiC外延層2的單晶碳化硅(SiC)基板1上，在1700°C 的溫度下在高頻誘導(dǎo)加熱爐中進(jìn)行所述活化退火處理10分鐘，或者在1900°C的高溫下在電子轟擊真空加熱裝置中進(jìn)行所述活化退火處理1分鐘。通過上述制造方法，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以制造其中抑制表面粗糙和坑的形成的單晶碳化硅(SiC)基板。
在本實(shí)施方案中，盡管作為在第四步驟中的等離子體照射方法，使用ICP刻蝕機(jī)， 但是本發(fā)明不限于該方法。只要使用產(chǎn)生等離子體的方法即可，可以使用任何方法如使用平行板方法的電容耦合型、微波激發(fā)型或者RF分離型(downstream type)。在本實(shí)施方案中，盡管作為在步驟6中的高溫加熱方法，記載了高頻誘導(dǎo)加熱方法和電子轟擊真空加熱方法的實(shí)例，只要使用可以進(jìn)行加熱處理如退火處理的方法即可， 可以使用任何加熱方法如紅外加熱方法、紅外加熱和高頻誘導(dǎo)加熱的混合加熱方法或者電阻加熱方法。在第一和第四步驟中，盡管進(jìn)行RCA洗滌，但洗滌不限于RCA洗滌。如果不是必需的話，可以省略洗滌。(基板處理方法2)將描述根據(jù)本發(fā)明的基板處理方法的另一實(shí)例。在本實(shí)施方案中，省略基板處理方法1的第一步驟(緩沖層的形成)和第三步驟 (緩沖層的去除)。(實(shí)施例1)通過基板處理方法1，進(jìn)行單晶碳化硅(SiC)基板的基板處理方法。在第四步驟中的借助電感耦合等離子體(ICP)刻蝕的等離子體照射使用氬(Ar)氣和四氟化碳(CF4)氣體的混合氣體在示于表1的條件下進(jìn)行。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的處理方法，所述方法包括對(duì)于離子注入雜質(zhì)原子的所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板，使用包含惰性氣體和氟類氣體中至少之一的氣體進(jìn)行等離子體照射的步驟；和對(duì)于已進(jìn)行所述等離子體照射的所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板處理方法，其中所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板包括外延碳化硅(SiC)結(jié)晶層作為表面層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基板處理方法，其中所述氣體是氬氣、四氟化碳?xì)怏w以及氬氣和四氟化碳?xì)怏w的混合氣體中任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的基板處理方法，其中所述雜質(zhì)原子是氮(N)、磷(P)、鋁(Al)和硼(B)中任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的基板處理方法，其中所述高溫加熱處理借助高頻誘導(dǎo)加熱方法、電子沖擊加熱方法或電阻加熱方法的裝置進(jìn)行。
6.一種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，所述方法包括制備其中離子注入預(yù)定雜質(zhì)原子的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的步驟；對(duì)于所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板，使用包含惰性氣體和氟類氣體中至少之一的氣體進(jìn)行等離子體照射的步驟；和對(duì)于已進(jìn)行所述等離子體照射的所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，其中所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板是單晶碳化硅(SiC)基板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，其中所述單晶碳化硅(SiC)基板包括外延碳化硅(SiC)結(jié)晶層作為表面層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，其中所述氣體是氬氣、四氟化碳?xì)怏w以及氬氣和四氟化碳?xì)怏w的混合氣體中任一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，其中所述制備碳化硅(SiC)基板的步驟包括將預(yù)定雜質(zhì)原子離子注入所述結(jié)晶性碳化硅 (SiC)基板中的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的碳化硅(SiC)基板的制造方法，其中在所述離子注入步驟之前，所述制備結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的步驟進(jìn)一步包括對(duì)于包含所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板表面的部分進(jìn)行犧牲氧化以形成用于所述離子注入的緩沖層的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的碳化硅(SiC)基板的制造方法，所述方法進(jìn)一步包括在所述離子注入之后除去所述緩沖層的步驟。
13.—種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的處理方法，所述方法包括對(duì)于所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行等離子體照射以除去至少一部分除了所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板以外的物質(zhì)的步驟，所述物質(zhì)存在于所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的表面上；和對(duì)于已進(jìn)行所述等離子體照射的所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理的步驟。
14. 一種結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的制造方法，所述方法包括 制備其中離子注入預(yù)定雜質(zhì)原子的結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的步驟； 對(duì)于所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行等離子體照射以除去至少一部分除了所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板以外的物質(zhì)的步驟，所述物質(zhì)存在于所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板的表面上；和對(duì)于已進(jìn)行所述等離子體照射的所述結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板進(jìn)行高溫加熱處理的步驟。
全文摘要
公開一種基板的處理方法，該方法能夠防止當(dāng)將基板退火時(shí)在結(jié)晶性碳化硅(SiC)基板中出現(xiàn)表面粗糙。還公開一種碳化硅(SiC)基板的制造方法?；宓奶幚矸椒ǖ膶?shí)施方案包括以下步驟用等離子體照射單晶碳化硅(SiC)基板(1)；和在高溫下加熱已經(jīng)用等離子體照射的單晶碳化硅(SiC)基板(1)。
文檔編號(hào)H01L21/265GK102422396SQ20108002052
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者佐藤政孝, 杉本尚丈, 柴垣真果 申請(qǐng)人:佳能安內(nèi)華股份有限公司