[发明专利]碳化硅衬底的表面重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅衬底的表面重建方法，特别涉及一种能够更简 单地闭合碳化硅衬底表面中晶间缩孔的表面重建方法。

背景技术

碳化硅(SiC)具有比硅(Si)约3倍宽的带隙，约10倍高的击穿电压，约 2倍高的饱和电子漂移速率，以及约3倍高的热导率，因而碳化硅具有硅 所不拥有的特性。此外，碳化硅是热和化学稳定的半导体材料。因此，使 用碳化硅衬底的器件有望作为可超越使用硅的器件的物理局限的功率器 件，或者作为可在高温运行的耐环境性器件。

对于光学器件而言，针对更短波长的氮化镓(GaN)的材料开发得到研 究。碳化硅相对于氮化镓的晶格失配明显小于其它化合物半导体的晶格失 配。因此，碳化硅衬底作为氮化镓外延生长的衬底是感兴趣的。

此种碳化硅衬底可以通过切割例如由改进的Lely方法制备的单晶碳 化硅至预定厚度的方法获得。改进的Lely方法是这样的方法，根据该方法， 提供由石墨制成的坩埚，其中在坩埚的上部放置单晶碳化硅的晶种衬底， 并且在其下部容纳碳化硅晶体粉末，在坩埚的内部提供惰性气体，其后， 加热碳化硅晶体粉末，使碳化硅晶体粉末升华，由升华所产生的蒸气扩散 在惰性气体中，传送到晶种衬底附近的区域，并且设置在低温的晶种衬底 的表面附近重结晶，并且在晶种衬底的表面上生长单晶碳化硅。

然而，使用改进的Lely方法由此获得的碳化硅衬底所存在的问题在 于，产生了许多晶间缩孔，所述晶间缩孔具有在碳化硅衬底的表面中的开 口，并且是沿c-轴方向上延伸的中空晶体缺陷。

因而，例如日本专利公布号2004-292305(专利文件1)公开了一种方法， 根据该方法，将单晶碳化硅的晶种衬底与多晶碳化硅衬底在它们之间有硅 源的情况下彼此叠置，将它们容纳在密闭容器中，其后，将晶种衬底与多 晶碳化硅衬底加热到1400℃至2300℃，衬底间的硅源熔融成为存在于衬 底之间的超薄硅熔体，并且通过液相外延生长而在晶种衬底上单晶碳化硅 就。所得晶间缩孔密度(晶间缩孔数/cm²)等于或小于1个/cm²。

根据此方法，当加热到1400℃至2300℃时，进入晶种衬底和位于晶种 衬底上的多晶碳化硅衬底之间的部分的硅熔体，在这些衬底的界面处形成 厚度约30μm至50μm的硅熔体层。硅熔体的厚度随着加热温度的升高而 变得更薄，直至最终变为约30μm的厚度。然后，从多晶碳化硅衬底上流 出的碳原子通过硅熔体层供给到晶种衬底上，并且通过液相外延生长而在 晶种衬底上生长单晶碳化硅。据公开，在液相外延生长的单晶碳化硅的表 面中，晶间缩孔缺陷密度等于或小于1个/cm²。

专利文件1：日本专利公布号2004-292305

发明内容

本发明要解决的问题

然而，对于专利文件1中所公布的方法来说，对于液相中晶体生长难 以控制杂质，并且此处的问题在于，不可能形成或保持超低浓度层，而超 低浓度层对于高击穿电压器件是必须的，并且其中在最大程度上妨碍了杂 质的混合物。根据这种方法，必须分别准备例如晶种衬底、多晶碳化硅衬 底、硅源和密闭容器，以及将晶种衬底和多晶碳化硅衬底以衬底彼此叠置 并在其中间放置硅源的状态容纳在密闭容器中，并且此处的问题在于：制 备本身需要相当的工作量。此外，根据这种方法，必须在晶种衬底表面的 硅熔体层存在于衬底之间的状态下液相外延生长单晶碳化硅，因此此处的 问题在于：硅熔体层难以控制并且单晶碳化硅的生长需要相当长的时间。 并且，当生长单晶碳化硅时，生长表面附近的杂质浓度随时变化，因此此 处的问题在于：难以控制杂质。

鉴于以上所述的情形，本发明的一个目的在于提供一种碳化硅衬底的 表面重建方法，这种方法可以更简单地闭合碳化硅衬底表面中的晶间缩 孔，而不在碳化硅衬底表面上外延生长碳化硅晶体。

解决问题的手段

本发明涉及一种碳化硅衬底的表面重建方法，该方法包括：在碳化硅 衬底的表面形成硅膜的硅膜形成步骤；和在没有在硅膜表面上提供多晶碳 化硅衬底的情况下，对碳化硅衬底和硅膜进行热处理的热处理步骤。

此处，优选地，根据本发明的碳化硅衬底的表面重建方法包括在形成 硅膜之前，通过蚀刻或抛光碳化硅衬底的表面而进行平面化的步骤。

此外，根据本发明的碳化硅衬底的表面重建方法可以包括在热处理步 骤后，去除硅膜的硅膜去除步骤。