[发明专利]一种去除碳化硅单晶中空微缺陷内部、及晶片表面有机污染物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶制备技术领域，具体涉及一种去除碳化硅单晶中空微缺陷内部、及晶片表面有机污染物的方法。

背景技术

碳化硅单晶在电力电子领域、光电子领域具有非常广泛的应用空间，碳化硅基晶片的应用提前是需要在碳化硅衬底晶片(Bare-wafer)表面沉积一定厚度的外延功能层，并进行结构工艺处理，以实现其设计功能。

为实现对外延后碳化硅晶片电性能均匀性等技术指标的控制，必须避免外界杂质在外延层中引入掺杂能级，影响外延层乃至器件性能。基于此，必须严格控制碳化硅衬底晶片表面的杂质含量。

碳化硅晶片有一个的特点，即晶体中残留一定数量的微管、微管道、六方坑洞等缺陷，且该类缺陷属于贯穿型或半贯穿型缺陷。同时，在进行碳化硅衬底晶片的抛光过程中，需要采用有机蜡等耗材，该类耗材在使用过程中会穿过微管、微管道、六方坑洞等，并残留在碳化硅衬底晶片内部。由于微管、微管道、六方坑洞等缺陷尺寸分布为从纳米级到几十微米范围内，尺寸非常小，采用传统的超声以及兆声辅助的普通湿法清洗工艺，难以保证将该类杂质彻底清除掉。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种去除碳化硅单晶中空微缺陷内部、及晶片表面有机污染物的方法，以解决现有技术中碳化硅单晶中空微缺陷内部、及晶片表面存在的有机蜡质难以去除的技术问题。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种去除碳化硅单晶中空微缺陷内部、及晶片表面有机污染物的方法，包括以下步骤：

1)将待处理的碳化硅晶体置于密闭空间，对该空间抽真空至真空度为(1E-2)～(1E-5)Pa，保持5～15min，而后向该空间中通入载气至40～120Kpa，保持2～10min；

2)而后对上述空间抽真空至真空度为(1E-2)～(1E-5)Pa，保持5～15min，取还原性气体与载气混合得到第一混合气，在该第一混合气中还原性气体的含量为5～100％(v/v)，而后向上述空间中通入该第一混合气至20～100Kpa，保持1～10min；

3)而后对上述空间抽真空至真空度为(1E-2)～(1E-5)Pa，再加热至1000～1200℃，保持10～30min；

4)取还原性气体与载气混合得到第二混合气，在该第二混合气中还原性气体的含量为5～100％(v/v)，而后向上述空间中通入该第二混合气至10～150Kpa，再加热至1200～1900℃，保持5～30min，而后抽真空；

5)向上述空间中冲入载气至20～80Kpa，维持此压强冷却。

优选的，步骤5)所述冷却的速度为5～10℃/min。

优选的，所述还原性气体选自氢气、氨气或氯化氢的其中一种或几种。

优选的，所述载气选自氮气、惰性气体或其混合物；在此基础上还可以进行如下优选：所述惰性气体是氩气。

优选的，步骤1)重复2～5次再实施步骤2)。

优选的，步骤2)重复2～5次再实施步骤3)。

优选的，步骤4)重复2～8次再实施步骤5)。

在本发明技术方案中，有机蜡化学组分为多种烷烃的混合物，属于固体烃混合物，根据有机蜡烃连长短、化学成分不同，其分解温度为200～500℃。所述载气是指不与体系内物质发生化学反应的、主要用于为体系提供压力或占据空间的气体。所述还原性气体通过气体分子的无规则运动，与分解形成的碳在一定的条件下发生氧化、还原反应，生成气体，随抽真空过程排走，从而获得无杂质残留的晶片表面。为保证还原气体的浓度、纯度，因此本发明技术方案对反应腔体多次充入如高纯氩气、氮气等载气，用于稀释、置换反应腔内的氧气，从而保证反应过程中的还原气体的浓度。以上抽真空操作是利用分子泵完成的。

本发明技术方案在真空反应腔内，在高温以及还原气体的氛围中，实现有机蜡在高温下的分解，同时，有机蜡分解产生的无机碳与还原气体产生化学反应，并生成新无机气相物质排除，从而实现彻底去除微管、微管道、六方坑洞等缺陷内部的有机蜡的目的。

同时，本发明技术方案具有以下优势：

第一，该工艺重复性高，处理成本低；

第二，在该工艺方法中，存在高温过程，在高温的作用下，碳化硅单晶内的原子会发生重构，可以降低单晶体应力；

第三，还原气体与碳化硅晶片表面的C原子发生反应，同时有Si原子的挥发，从而可以去除加工损伤，有助于提高晶体表面质量；