專利名稱：高質(zhì)量碳化硅表面的獲得方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅表面的處理方法，特別是涉及一種碳化硅表面的氫蝕處理方法。碳化硅表面經(jīng)過(guò)化學(xué)清洗后，置于碳坩堝中氫蝕，獲得具有原子級(jí)臺(tái)階的周期性表面。可用于外延生長(zhǎng)薄膜材料或作為籽晶生長(zhǎng)大尺寸單
背景技術(shù)：
單晶碳化硅作為寬禁帶半導(dǎo)體，具有高熱導(dǎo)率、高電子遷移率等特點(diǎn)。常作為生長(zhǎng)薄膜的襯底，如碳膜、氮化鎵膜等。也能作為籽晶生長(zhǎng)大尺寸單晶，如碳化硅、氮化鋁等。當(dāng)作為外延薄膜的襯底時(shí)，外延生長(zhǎng)對(duì)襯底的依賴性很強(qiáng)，襯底上很小的缺陷也會(huì)破壞碳化硅單晶表面的周期性，蔓延并擴(kuò)展到薄膜上，并嚴(yán)重影響薄膜質(zhì)量。即使是作為籽晶時(shí)，生長(zhǎng)出來(lái)的塊體單晶材料會(huì)受到襯底的嚴(yán)重影響，襯底表面上的所有缺陷，一般會(huì)被原樣復(fù)制到新的外延材料中。這類缺陷不僅會(huì)引起漏電現(xiàn)象，還會(huì)顯著降低電子遷移率。因而，外延生長(zhǎng)的膜或單晶塊體材料中的缺陷對(duì)材料的電學(xué)性質(zhì)的影響往往是致命的，外延生長(zhǎng)的碳薄膜材料graphene中的缺陷，改變電子的散射或能帶結(jié)構(gòu)，將會(huì)對(duì)graphene的電子遷移率、磁性等性質(zhì)造成嚴(yán)重影響，給graphene的應(yīng)用造成很大的限制。而當(dāng)前世界上大多數(shù)碳化硅提供商，如美國(guó)的Cree公司和中國(guó)的天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司等提供的碳化硅晶片，其表面一般都存在不同程度由機(jī)械加工導(dǎo)致的損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響外延膜和單晶的質(zhì)量。為了獲得高質(zhì)量的薄膜和體單晶，就有必要先去除損傷層。常用方法一般有化學(xué)拋光、化學(xué)腐蝕和氫蝕等。目前，對(duì)于化學(xué)拋光法的探索尚不十分深入和全面，現(xiàn)有的化學(xué)拋光法仍未脫離研磨的實(shí)質(zhì)，在研磨過(guò)程中往往會(huì)形成“損傷形核缺陷”，這些缺陷在外延生長(zhǎng)過(guò)程中很容易被復(fù)制，因此不能從根本上消除損傷層。現(xiàn)有的化學(xué)腐蝕方法主要包括濕腐蝕法、氧化法、陽(yáng)極腐蝕法及表面等離子體腐蝕法等。其中濕腐蝕法也稱熔鹽法，是利用熔融的鹽類，諸如氫氧化鉀(KOH)等進(jìn)行腐蝕的方法，這類方法進(jìn)行速度很快，簡(jiǎn)單易行，但是難以控制腐蝕速度和深度。陽(yáng)極腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕方法，將樣品作為陽(yáng)極，腐蝕效率很低，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，一般處理之后的碳化硅表面質(zhì)量不高。除此以外，氧化法會(huì)造成缺陷塞積及雜質(zhì)增加和摻雜元素的再分配等，是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。值得一提的是表面等離子體腐蝕法[1]，該方法利用等離子體轟擊碳化硅表面，去除研磨過(guò)程中形成的損傷層，這種方法去除率很高，但往往會(huì)在去除損傷層的同時(shí)引進(jìn)新的缺陷和損傷。因此，眾多的研究都集中到氫蝕上來(lái)。氫蝕由于是采用氣體進(jìn)行腐蝕，從根本上克服了高硬度磨料對(duì)碳化硅表面造成的損傷。早在1997年，Hallin. C等[2]即采用氫蝕的方法得到了較好的碳化硅表面，其后Owman. F等[3]和Ramachandran. V等[4]均采用氫蝕的方法得到了較好的結(jié)果。這些結(jié)果大體可以分為兩類，一類是對(duì)于表面偏離(001)方向的碳化硅襯底，其氫蝕后的表面臺(tái)階寬度較窄；另一類是對(duì)于表面為(001)方向的碳化硅襯底，其氫蝕后的表面臺(tái)階較寬。氫蝕使用的氣體包括純氫氣、氫氬混合氣或氫氣摻碳?xì)浠衔锏?，氫蝕一般在CVD 真空管式爐中進(jìn)行。目前主要存在以下幾個(gè)難點(diǎn)(1)在氫蝕溫度范圍內(nèi)，碳化硅中碳與氫反應(yīng)并被去除的速率要大于硅，因此氫蝕后會(huì)有硅顆粒殘留在晶片表面。(2)采用純氫氣時(shí)，氫蝕速度太快，一般要在低壓下進(jìn)行，且氫蝕后存在的缺陷和表面雜質(zhì)較多；(3)采用氫氬混合氣時(shí)，氫蝕速度減慢，氫蝕后的硅顆粒大量分布在臺(tái)階表面；(4)采用氫氣摻碳?xì)浠衔飼r(shí)，由于環(huán)境因素的影響，摻入氣體的均勻性和氫蝕溫度不易掌握；一般易造成表面增碳或表面多硅。參考文獻(xiàn)[1]J. W.帕穆爾，H.K.A.愛德蒙，用于晶體生長(zhǎng)的碳化硅表面的制備方法，發(fā)明專利，CN 1050949A，2001.[2] C. Hall in, F. Owman, p.Martensson et al. , In situ substrate preparation for high quality SiC chemical vapour deposition, J.Crys.Grow. 181,241 (1997)[3]F. Owman, C. Hallin, P.Martensson，et al. , Removal ofpolishing-induced damage from 6H_SiC(0001)substrates by hydrogen-etching, J.Cryst.Grow. 167, 391(1996).[4]V. Ramachandran,M. F. Brady,A. R. Smith et al. ,Preparation of atomically flat surfaces on silicon carbide using hydrogen etching, J. Electr. Mater. 27(4), 308(1998).

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種處理單晶碳化硅表面的新方法-石墨或碳坩堝氫蝕法。利用這一方法，可以獲得原子級(jí)臺(tái)階的周期性表面。這種方法不但能有效去除損傷層和表面缺陷，且能夠避免表面生成硅顆粒和表面增碳。這里所說(shuō)的單晶碳化硅表面可以是任意 Miller指數(shù)面。碳坩堝被放置在可以調(diào)控氣壓和溫度的真空容器中，坩堝內(nèi)部和真空容器相通， 坩堝內(nèi)外可以快速達(dá)到壓力和溫度的平衡；溫度和壓力應(yīng)以控制氫蝕過(guò)程中碳元素和硅元素去除的速率相近為宜，這樣在氫蝕后，樣品表面既不會(huì)有過(guò)量的碳剩余，也不會(huì)有過(guò)量的硅剩余。本發(fā)明所采用的氫蝕方法可以全面調(diào)控碳化硅中的碳與氫氣反應(yīng)生成碳?xì)浠衔锏乃俾?，與其它方法的氫蝕不同，這一方法的氫蝕過(guò)程是在碳坩堝的還原性氣氛中進(jìn)行的，碳坩堝可以由無(wú)定形碳，也可以用高純石墨制成，碳含量一般> 99. 999%，雜質(zhì)含量 < IOOOppm0通入的氫氣進(jìn)入坩堝后，與坩堝石墨反應(yīng)，在氫蝕溫度下生成相應(yīng)的碳?xì)浠衔?；同時(shí)氫氣與碳化硅反應(yīng)，氫氣與碳化硅中的碳反應(yīng)生成高溫穩(wěn)定的碳?xì)浠衔?，而與硅反應(yīng)生成的硅烷在氫蝕溫度下很不穩(wěn)定，很快分解成氫氣和硅蒸汽。與人為加入碳?xì)浠衔锼M(jìn)行的氫蝕不同，這種在石墨氣氛下的氫蝕，氫氣與石墨在氫蝕溫度下反應(yīng)形成的碳?xì)浠衔锱c碳化硅氫蝕形成的碳?xì)浠衔锓N類完全一致，因CN 102534808 A
此通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)坩堝中的氣壓，可以很容易地抑制碳化硅中碳的消耗速度，使得碳和硅的消耗速度趨于一致，使得最終獲得的碳化硅表面無(wú)硅顆粒或碳附著。具體實(shí)施步驟如下a)清洗單晶碳化硅晶片，去除表面氧化物和其它污染物；b)將坩堝部分坩堝壁去除，以便氫氣可以順利流入和流出，并制成放置碳化硅晶片的坩堝架；碳化硅可以大量放置在坩堝架上；c)將坩堝置于真空容器中，并在2000°C以上預(yù)熱處理，處理時(shí)間應(yīng)在3小時(shí)以上；d)將碳化硅晶片置于預(yù)處理后的坩堝架上，放入真空容器中；坩堝內(nèi)外透氣性能良好，以坩堝內(nèi)氣壓和真空容器中氣壓能在5分鐘內(nèi)趨于一致為宜；e)確定合適的坩堝位置，使得在每次氫蝕時(shí)，坩堝都能處在相對(duì)固定的位置上；f)用氫氬混合氣體洗爐，氫氬混合氣可以是任意比例，甚至可以是純氫氣；經(jīng)過(guò)三次清洗后，坩堝中的氧氣含量降至IOppm以下；g)升溫到1500°C 1750°C，此時(shí)氧氣在還原性氣氛中消耗為痕量，對(duì)碳化硅晶片的影響可以忽略；h)根據(jù)氫氣濃度不同，以每分鐘IOsccm 50000sCCm的流量，通入氫氬混合氣； 為了節(jié)省氫氣，也可以對(duì)坩堝反復(fù)充放氣，充放氣的壓力范圍、速度及保溫以不會(huì)有過(guò)量的碳或硅在碳化硅晶片表面沉積為宜；如此反復(fù)數(shù)次，得到具有原子級(jí)臺(tái)階的周期性表面。


圖1未加工的4H_SiC (0001)表面劃痕形貌；圖2為實(shí)施例1中4H_SiC (0001)硅面經(jīng)氫蝕2. 5小時(shí)后的表面形貌；圖3為實(shí)施例2中4H_SiC(0001)碳面經(jīng)氫蝕1. 5小時(shí)后的表面形貌；圖4為實(shí)施例3中半絕緣4H_SiC(0001)硅面經(jīng)氫蝕1. 5小時(shí)后的表面形貌；圖5為實(shí)施例4中4H_SiC偏離(001)面3. 5度的晶面經(jīng)氫蝕1. 5小時(shí)后的表面形貌；圖6為實(shí)施例5中4H_SiC偏離(001)面4度的晶面經(jīng)氫蝕1. 5小時(shí)后的表面形貌；圖7為實(shí)施例6中4H_SiC偏離(001)面8度的晶面經(jīng)氫蝕1. 5小時(shí)后的表面形貌；圖8為實(shí)施例7中4H_SiC偏離(001)面22度的晶面經(jīng)氫蝕1. 5小時(shí)后的表面形貌；
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，但實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的工藝不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1 經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇和氫氟酸清洗，去除表面氧化物和其它污染物后的單晶 4H-SiC(0001)硅面，表面形貌參看圖1，放置于石墨坩堝中，石墨坩堝放入中頻感應(yīng)爐的發(fā)熱筒中，上面覆蓋石墨氈，保證以功率5. 7kw加熱時(shí)坩堝中的溫度能夠達(dá)到1580°C左右，并保持不變。氫蝕過(guò)程分以下三步進(jìn)行。
第一步排除空氣抽真空至壓力為10-3 ；隨即充高純氬氣到90kPa，再抽真空到 10-3Pa，保持5分鐘，充氫氬混合氣體(氫氣5Vol% +氬氣95Vol% )到20kPa。第二步充氫腐蝕抽真空到5kPa，并升溫到1580°C，隨即充入氫氬混合氣，直至壓力升高到20kPa，保溫10分。如此循環(huán)10次。第三步隨爐降溫到第10次充入氫氬混合氣體，等溫10分鐘后，切斷電源，隨爐冷卻。處理后的樣品如圖2所示，表面可以觀察到明顯的臺(tái)階，臺(tái)階高度10 20nm，寬度
2 3m。實(shí)施例2 經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇和氫氟酸清洗，去除表面氧化物和其它污染物后的單晶 6H-SiC(000-1)碳面，放置于石墨坩堝中，石墨坩堝被置于可調(diào)真空度的中頻感應(yīng)爐中。采用氫氬混合氣體(氫氣5Vol % +氬氣95Vol % )洗氣，經(jīng)過(guò)三次洗氣后，充入氫氬混合氣， 保持流量20SCCm，在8個(gè)小時(shí)內(nèi)將溫度升至1600°C，將氣體流量改變?yōu)閘OOOsccm，氫蝕1. 5 小時(shí)后隨爐冷卻。處理后的樣品如圖3所示，表面可以明顯觀察到臺(tái)階，臺(tái)階高度1.5nm，寬度 40nm IOOnm0實(shí)施例3 經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇和氫氟酸清洗，去除表面氧化物和其它污染物后的半絕緣高阻單晶4H-SiC，硅面研磨后，放置于石墨坩堝中，石墨坩堝放入1號(hào)晶體生長(zhǎng)爐的發(fā)熱筒中，上面覆蓋石墨氈，保證以功率5. 7kw加熱時(shí)坩堝中的溫度能夠達(dá)到1580°C左右，并保持不變。以下氫蝕過(guò)程分三步進(jìn)行。第一步洗爐抽真空至壓力為10-3Pa;隨即充高純氬氣到90kPa，再抽真空到 10-3Pa,保持5分鐘，充氫氬混合氣體(氫氣5Vol % +氬氣95Vol % )到20kPa。第二步氫蝕抽真空到5kPa，并升溫到1580°C，隨即充入氫氬混合氣，直至壓力升高到20kPa，等溫10分。如此循環(huán)6次。第三步降溫到第6次充入氫氬混合氣體，等溫10分鐘后，切斷電源，隨爐冷卻。處理后的樣品如圖4所示，表面可以明顯觀察到臺(tái)階，臺(tái)階高度20 30nm，寬度
3 5m。實(shí)施例4 經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇和氫氟酸清洗，并去除了表面氧化物和其它污染物的低阻單晶6H-SiC，硅面偏3. 5°研磨后，放置于石墨坩堝中，石墨坩堝放入1號(hào)晶體生長(zhǎng)爐的發(fā)熱筒中，上面覆蓋石墨氈，保證以功率5. 7kw加熱時(shí)坩堝中的溫度能夠達(dá)到1580°C左右，并保持不變。以下氫蝕過(guò)程分三步進(jìn)行。第一步洗爐抽真空至壓力為10-3Pa;隨即充高純氬氣到90kPa，再抽真空到 10-3Pa,保持5分鐘，充氫氬混合氣體(氫氣5Vol % +氬氣95Vol % )到20kPa。第二步氫蝕抽真空到5kPa，并升溫到1580°C，隨即充入氫氬混合氣，直至壓力升高到20kPa，等溫10分。如此循環(huán)6次。第三步降溫到第6次充入氫氬混合氣體，等溫10分鐘后，切斷電源，隨爐冷卻。處理后的樣品如圖5所示，表面可以明顯觀察到臺(tái)階，臺(tái)階高度30 50nm，寬度400 500nm。實(shí)施例5
經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇和氫氟酸清洗，并去除了表面氧化物和其它污染物的低阻單晶6H-SiC，硅面偏4°研磨后，放置于石墨坩堝中，石墨坩堝放入6號(hào)晶體生長(zhǎng)爐的發(fā)熱筒中，上面覆蓋石墨氈，保證以功率6. Skw加熱時(shí)坩堝中的溫度能夠達(dá)到1580°C左右，并保持不變。以下氫蝕過(guò)程分三步進(jìn)行。第一步洗爐抽真空至壓力為10-3Pa;隨即充高純氬氣到90kPa，再抽真空到 10-3Pa,保持5分鐘，充氫氬混合氣體(氫氣5Vol % +氬氣95Vol % )到20kPa。第二步氫蝕抽真空到5kPa，并升溫到1580°C，隨即充入氫氬混合氣，直至壓力升高到20kPa，等溫10分。如此循環(huán)6次。第三步降溫到第6次充入氫氬混合氣體，等溫10分鐘后，切斷電源，隨爐冷卻。處理后的樣品如圖6所示，表面可以明顯觀察到臺(tái)階，臺(tái)階高度40 80nm，寬度400 500nm。實(shí)施例6 經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇和氫氟酸清洗，并去除了表面氧化物和其它污染物的低阻單晶4H-SiC，硅面偏8°研磨后，放置于石墨坩堝中，石墨坩堝放入6號(hào)晶體生長(zhǎng)爐的發(fā)熱筒中，上面覆蓋石墨氈，保證以功率6. Skw加熱時(shí)坩堝中的溫度能夠達(dá)到1580°C左右，并保持不變。以下氫蝕過(guò)程分三步進(jìn)行。第一步洗爐抽真空至壓力為10-3Pa;隨即充高純氬氣到90kPa，再抽真空到 10-3Pa,保持5分鐘，充氫氬混合氣體(氫氣5Vol % +氬氣95Vol % )到20kPa。第二步氫蝕抽真空到5kPa，并升溫到1580°C，隨即充入氫氬混合氣，直至壓力升高到20kPa，等溫10分。如此循環(huán)6次。第三步降溫到第6次充入氫氬混合氣體，等溫10分鐘后，切斷電源，隨爐冷卻。處理后的樣品如圖7所示，表面可以明顯觀察到臺(tái)階，臺(tái)階高度60 90nm，寬度300 500nm。實(shí)施例7 經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇和氫氟酸清洗，并去除了表面氧化物和其它污染物的低阻單晶4H-SiC，硅面偏22°研磨后，放置于石墨坩堝中，石墨坩堝放入6號(hào)晶體生長(zhǎng)爐的發(fā)熱筒中，上面覆蓋石墨氈，保證以功率6. 8kw加熱時(shí)坩堝中的溫度能夠達(dá)到1580°C左右，并保持不變。以下氫蝕過(guò)程分三步進(jìn)行。第一步洗爐抽真空至壓力為10-3Pa;隨即充高純氬氣到90kPa，再抽真空到 10-3Pa,保持5分鐘，充氫氬混合氣體(氫氣5Vol % +氬氣95Vol % )到20kPa。第二步氫蝕抽真空到5kPa，并升溫到1580°C，隨即充入氫氬混合氣，直至壓力升高到20kPa，等溫10分。如此循環(huán)6次。第三步降溫到第6次充入氫氬混合氣體，等溫10分鐘后，切斷電源，隨爐冷卻。處理后的樣品如圖8所示，表面可以明顯觀察到臺(tái)階，臺(tái)階高度10 20nm，寬度100 200nm。實(shí)施例8 經(jīng)過(guò)丙酮、無(wú)水乙醇和氫氟酸清洗，并去除了表面氧化物和其它污染物的低阻單晶4H-SiC，硅面偏90°研磨后，放置于石墨坩堝中，石墨坩堝放入6號(hào)晶體生長(zhǎng)爐的發(fā)熱筒中，上面覆蓋石墨氈，保證以功率6. 8kw加熱時(shí)坩堝中的溫度能夠達(dá)到1580°C左右，并保持不變。以下氫蝕過(guò)程分三步進(jìn)行。第一步洗爐抽真空至壓力為10-3Pa;隨即充高純氬氣到90kPa，再抽真空到 10-3Pa,保持5分鐘，充氫氬混合氣體(氫氣5Vol % +氬氣95Vol % )到20kPa。
第二步氫蝕抽真空到5kPa，并升溫到1580 ，隨即充入氫氬混合氣，直至壓力升高到20kPa，等溫10分。如此循環(huán)6次。第三步降溫到第6次充入氫氬混合氣體，等溫10分鐘后，切斷電源，隨爐冷卻。 處理后的樣品表面觀察不到明顯臺(tái)階。
權(quán)利要求
1.一種將單晶碳化硅表面處理成原子臺(tái)階的方法，該方法通過(guò)在碳坩堝中的氫蝕處理，可以獲得異常干凈的具有原子臺(tái)階的周期性表面，這樣得到的晶片表面消除了表面缺陷和損傷層，該方法包括(1)先將單晶碳化硅沿不同晶面切開，并進(jìn)行機(jī)械研磨或拋光；(2)將機(jī)械研磨或拋光后的碳化硅晶片進(jìn)行清洗，以去除表面的有機(jī)污染物和其它吸附顆粒；(3)將清洗后的單晶碳化硅晶片置于碳坩堝中，將碳坩堝置于發(fā)熱真空腔中；(4)發(fā)熱真空容器可以密封并可以抽真空，以控制氫蝕過(guò)程中的壓力；(5)根據(jù)氫氬混合氣中氫氣的分壓，調(diào)節(jié)真空容器中的壓力，以便控制氫蝕速度，使得碳化硅晶片中硅和碳的消耗速度相近；同時(shí)升溫到1500°C 1700°C。(6)控制氫氬混合氣體的流量和時(shí)間，以便控制表面去除量。(7)這種碳坩堝氫蝕的方法，本身不會(huì)在晶體及其表面進(jìn)一步引進(jìn)缺陷，同時(shí)由于需要在一定溫度下保溫，會(huì)造成一定程度的成分均勻化和缺陷減少；(8)氫蝕后的樣品進(jìn)行清洗，以去除出爐過(guò)程中吸附在表面的灰塵。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程中處理的單晶碳化硅表面可以是沿任何晶面切開的表面。既可以是(0001)面，也可以是與(0001)面成任意夾角的平表
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程前的研磨包括粗磨和精磨，粗磨以消除切割引入的表面缺陷和損傷；精磨以達(dá)到表面是一個(gè)基本的平表面，表面劃痕深度在Im以下。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程前的拋光是指在精磨的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步降低表面的損傷層厚度和減少劃痕數(shù)量。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕前的清洗是為了去除表面污物和吸附的雜質(zhì)，以便殘留下來(lái)的痕量污物不會(huì)對(duì)氫蝕結(jié)果造成明顯影響。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕所用的碳坩堝，可以是無(wú)定形碳坩堝，也可以是石墨坩堝。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程所用的發(fā)熱真空容器，可以是獨(dú)立的真空加熱設(shè)備，也可以是能夠控制真空度和溫度的任何已有設(shè)備，如CVD管式爐、石墨晶體生長(zhǎng)爐等。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程所用發(fā)熱真空容器的密封性，應(yīng)該足以保證氫蝕過(guò)程中氫氬氣體的壓力穩(wěn)定。氫氬混合氣體的壓力應(yīng)可以在一定范圍內(nèi)隨意變動(dòng)或按照設(shè)定程序變化；當(dāng)充入氣體時(shí)，應(yīng)保證氫氣能夠充分到達(dá)碳化硅表面，使氫蝕能夠充分進(jìn)行。同時(shí)，氫氣與石墨坩堝的反應(yīng)應(yīng)不至于抑制氫氣與碳化硅的反應(yīng)。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程中調(diào)節(jié)溫度與壓力，以便氫氣對(duì)碳化硅中碳的消耗速度與碳化硅中硅的蒸發(fā)速度相近，以保證碳化硅表面不會(huì)有碳或硅的殘留，得到異常干凈的表面。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程中的流量控制，是指氫氣流量應(yīng)該足以保證有足夠的氫氣到達(dá)碳化硅表面，而不至于在抵達(dá)碳化硅表面前消耗殆盡。
11.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程中的氫蝕時(shí)間，是指去除表面劃痕和損傷層后，有足夠的時(shí)間形成表面原子臺(tái)階，臺(tái)階高度應(yīng)該包含一個(gè)到幾個(gè)晶胞C 軸高度，寬度應(yīng)該在IOnm以上。
12.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程不會(huì)引起進(jìn)一步的損傷或缺陷，是指在溫度不高于1700°C時(shí)，表面損傷層中的應(yīng)力不至于劇烈釋放，從而導(dǎo)致晶體破裂或引起新的缺陷。
13.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程中成分的均勻化，是指在較高溫度下，摻雜元素的擴(kuò)散能力提高，從而由濃度較高的區(qū)域向濃度較低的區(qū)域擴(kuò)散。
14.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述氫蝕過(guò)程中缺陷的減少，是指在較高溫度下，位錯(cuò)等缺陷容易發(fā)生滑移、交滑移或攀移，以致發(fā)生回復(fù)或簡(jiǎn)并，數(shù)量減少。
全文摘要
本發(fā)明是在碳化硅單晶表面形成原子級(jí)臺(tái)階的一種方法。將基本的平表面經(jīng)研磨或拋光后，暴露在氫氣下保溫。流動(dòng)的氫氣在與碳坩堝反應(yīng)的同時(shí)，也對(duì)樣品進(jìn)行氫蝕，直至消除表面因機(jī)械加工而引起的損傷和劃痕。進(jìn)一步的氫蝕會(huì)在表面形成原子級(jí)平整度的周期性臺(tái)階。與其它侵蝕方法不同，這種氫蝕方法得到的樣品表面異常干凈，既不會(huì)有剩余碳的沉積，也不會(huì)有剩余硅的顆粒。通過(guò)調(diào)節(jié)氫蝕溫度和氫氣壓力，從根本上克服了高溫氫蝕時(shí)，碳和硅消耗速度的差異，而且由于不涉及機(jī)械加工，不會(huì)進(jìn)一步顯著引起新的表面損傷。
文檔編號(hào)C30B29/36GK102534808SQ20101058804
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者王錫銘, 鄭紅軍, 郭麗偉, 陳小龍, 黃青松 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所, 北京天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司