[发明专利]SiC衬底同质网状生长Web Growth外延方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种碳化硅SiC衬底同质网状生长（Web Growth）外延方法 

背景技术

碳化硅SiC作为宽禁带半导体材料的代表之一，具有禁带宽度大，击穿电场高，热导率大，电子饱和漂移速度高，抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，成为继锗、硅、砷化镓之后制造新一代微电子器件和电路的关键半导体材料。SiC基的器件与同等条件下的Si基器件相比，可以承受高很多的电压和微波功率，例如SiC MESFET的ft高达到12-15GHz。 

然而SiC内存在着各种缺陷对器件性能产生严重影响。碳化硅衬底在同质或异质外延过程中通常会继承这些缺陷。如何降低缺陷的影响成为目前研究的热点。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种SiC衬底同质Web Growth外延方法，可以在正轴碳化硅衬底最顶端的刻蚀台面上外延薄的一层完全无缺陷的悬臂，并且有效缩短外延时间并提高薄膜生长面积。 

为实现上述目的，本发明提供了一种SiC衬底同质Web Growth外延方法，所述方法包括： 

步骤1，选取正轴4H或6H的原始SiC衬底； 

步骤2，将所述原始SiC衬底进行显影处理和干刻蚀工艺处理，处理为加 工SiC衬底；所述SiC衬底成为台面，刻蚀面积为所需制造器件的面积，刻蚀深度为5um到20um，所述台面具有六个主轴； 

步骤3，利用外延炉对所述加工SiC衬底进行原位刻蚀，清除所述加工SiC衬底的表面缺陷； 

步骤4，升高所述外延炉温度，对所述加工SiC衬底进行同质外延处理； 

步骤5，所述加工SiC衬底在刻蚀图形内角处进行悬臂生长生成SiC外延片，生长出的悬臂为无缺陷的碳硅双原子层结构；生长出的悬臂愈合形成一层碳硅双原子层薄膜覆盖刻蚀所述台面区域；悬臂生长时间为20--40分钟； 

步骤6，从所述外延炉中取出生长好的所述SiC外延片。 

所述台面的六个主轴方向为（1-100）、（10-10）、（01-10）的同向晶向和反向晶向；刻蚀轴由内向外变窄以使得所述主轴形成的夹角为64-68度；刻蚀的次轴距离所述主轴近的一侧为（1-100）、（10-10）、（01-10）同向晶向和反向晶向，使所述主轴与所述次轴间形成凹槽距离由中心向外略增大；刻蚀的所述次轴离所述主轴远的一侧为近（1-100）、（10-10）、（01-10）同向晶向和反向晶向，以使得所述次轴与所述主轴间夹角同样为64-68度。 

所述台面间的凹槽均未（1-100）、（10-10）、（01-10）相同或相反的方向；所述台面的刻蚀图案内侧均为近（1-100）晶向。 

所述步骤2之后还包括：步骤20，对刻蚀后的所述加工SiC衬底进行表面清洗。所述步骤20具体包括：将加工SiC衬底利用超声进行清洗；利用碱性混合剂将所述加工SiC衬底在85度温度下煮浴20分钟，然后用去离子水冲洗；利用浓硫酸混合液将所述加工SiC衬底在85度温度下煮浴20分钟，然后用去离子水冲洗；利用酸性混合液将所述加工SiC衬底在85度温度下浸泡20分钟，然后用去离子水冲洗；利用5%的氢氟HF酸溶液将所述加工SiC衬底浸浴10分钟，然后用热去离子水和冷去离子水冲洗。 

所述步骤3具体为：当所述外延炉真空度低于6×10^-7mbar时通入氢气保持气压为100mbar并对外延炉加热，当温度达到1600度时氢气开始对所 述加工SiC衬底开始原位刻蚀，刻蚀时间保持5分钟以去除所述加工SiC衬底上的表面缺陷。 

所述步骤4具体为：将所述外延炉中的压力控制在100-200mbar间，温度保持在1600度，通入SiH₄量为3ml/min，C₃H₈量为1.1ml/min；载气氢气量为4500ml/min，在高温、低反应源条件下进行同质外延，表面成核过程被抑制。 

所述步骤5之后还包括：当所述外延炉温度降低到700℃以后，停止通入氢气，并抽取真空到低于1×10^-7mbar；向所述外延炉通入流量为12L/min的氩气，使长有碳化硅外延层的所述加工SiC衬底在氩气环境下继续冷却。所述步骤6具体包括：缓慢提高所述外延炉气压到常压，使所述加工SiC衬底自然冷却至室温，取出所述SiC外延片。