[发明专利]一种碳化硅表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅表面处理方法，尤其涉及一种用于刻蚀碳化硅晶片表面的方法。

背景技术

碳化硅是受到广泛关注的宽带隙半导体材料之一，具有密度低，禁带宽度大，击穿电压高，热稳定性好，频率响应特性优良，化学稳定性好等优点，是制作高频、高压、高功率器件和蓝光发光二极管的理想衬底材料。近年来，随着石墨烯研究的兴起，利用碳化硅外延石墨烯成为最有希望实现石墨烯电子器件应用的方法之一。

作为同质或异质外延衬底的碳化硅晶片通常采用机械法对晶体进行切割，并经过机械和化学抛光而成，如图1所示，碳化硅晶片的表面通常被损伤，遍布由机械抛光造成的划痕。而要在碳化硅晶片表面上制备出具有优良性能的外延材料，则需要刻蚀碳化硅晶片表面，以去除表面上的这些划痕，使表面具有原子级有序的表面形貌，这有利于高质量外延材料的生长。但由于碳化硅优异的物理、化学稳定性，其只有在高温条件下才能被有效刻蚀，因此在硅材料中积累的晶片刻蚀技术难以应用于碳化硅。

常用的碳化硅晶片刻蚀技术包括：1.湿法刻蚀，在小于1000℃的熔融碱或盐中腐蚀碳化硅（J.Vac.Sci.Technol.A4,590(1986)）；2.干法刻蚀，使用氢气、含卤族元素气体或混合气体在高于1000℃下刻蚀（Surf.Sci.602,2936(2008),Phys.Rev.Lett.76,3412(2000)）；或使用硅烷等含Si的气氛在1600～2200℃刻蚀碳化硅（Mater.Sci.Forum717-720,573(2012)，J.Cryst.Growth380,61(2013)）。

其中湿法刻蚀具有去除效率高，操作简单，成本低的优势，但可控性差，会在表面产生腐蚀坑和难以去除的杂质。而一般的干法刻蚀虽然可控性好、基片表面清洁，但是使用成本高、气体腐蚀性强、对设备要求高。同时上述两种技术对C面碳化硅的刻蚀，在大尺寸范围上效果不尽如人意。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于碳化硅的表面处理方法。

本发明提供了一种用于碳化硅的表面处理方法，包括：

1）将碳化硅粉末以及具有待处理表面的碳化硅晶体放置在真空腔中；

2）使所述碳化硅粉末被加热至第一温度以使其分解从而形成富Si气氛，至少使所述碳化硅晶体的所述待处理表面位于所述富Si气氛中，并使所述碳化硅晶体被加热至第二温度，以使所述碳化硅晶体的所述待处理表面与所述富Si气氛发生刻蚀反应。

根据本发明提供的方法，其中所述第一温度在1000℃与2000℃之间，所述第二温度在1000℃与2000℃之间。

根据本发明提供的方法，其中所述第一温度大于等于所述第二温度，所述第一温度与所述第二温度之间的差小于500℃。

根据本发明提供的方法，其中发生刻蚀反应时，所述真空腔内的气压小于10⁴Pa。

根据本发明提供的方法，其中发生刻蚀反应时，所述真空腔的气压为10^-4Pa至10Pa之间。

根据本发明提供的方法，其中所述碳化硅粉末的平均粒径小于1毫米。

根据本发明提供的方法，其中对所述碳化硅粉末的加热由第一加热器完成，对所述碳化硅晶体的加热由第二加热器完成，所述第一、第二加热器的温度可相互独立地控制。

根据本发明提供的方法，其中对所述碳化硅粉末的加热和对所述碳化硅晶体的加热由同一加热器完成，所述碳化硅粉末与所述碳化硅晶体放置在所述加热器的两个温度相同或不同的温区中。

本发明提供的方法对任意取向的碳化硅晶片均能刻蚀出大面积、接近完美的、排列有序的台阶形貌，且简单易行、成本低、可控性好，不会引入外来杂质的污染。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1示出了碳化硅晶片表面的机械划痕；

图2示出了根据本发明的实施例1提供的方法的过程示意图；

图3示出了根据本发明的实施例1提供的方法所处理的晶片表面的AFM形貌像；

图4示出了根据本发明的实施例2提供的方法所处理的晶片表面的AFM形貌像；

图5示出了根据本发明的实施例3提供的方法的过程示意图；

图6示出了根据本发明的实施例3提供的方法所处理的晶片表面的AFM形貌像；

图7示出了根据本发明的实施例4提供的方法的过程示意图；