本發(fā)明涉及用于穩(wěn)定半導(dǎo)體材料(特別是單晶半導(dǎo)體材料)的表面的方法。本發(fā)明還涉及熱處理的方法和制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)體的方法，所述方法包括穩(wěn)定半導(dǎo)體材料(特別是單晶半導(dǎo)體材料)的表面的步驟。
背景技術(shù)：
1、半導(dǎo)體材料，特別是碳化硅(sic)廣泛用于制造電子功率或射頻組件。在一些應(yīng)用中，使用固體單晶sic襯底、具有單晶sic表面層的襯底、或包含諸如氮化鋁(aln)、氮化鎵(gan)、這些氮化物的合金、磷化銦(inp)或砷化鎵(gaas)等其他半導(dǎo)體材料的襯底。在一些情況下，半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體層是多晶的。
2、用于電子應(yīng)用的襯底在其制造期間通常需要熱處理，例如退火以修復(fù)在離子物質(zhì)的注入期間引起的晶格中的缺陷或修改襯底的晶體結(jié)構(gòu)。這種處理通常在能夠達(dá)到2000℃的高溫下進(jìn)行。
3、然而，所考慮的半導(dǎo)體材料的表面在高溫的影響下易于變得不穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定可以反映為表面的劣化，特別反映為其形貌和/或組成的改變。
4、特別地，如圖1所示，光滑的sic表面對(duì)高溫(通常從約1300℃起)處理敏感。在沒有充分保護(hù)所述表面的情況下，形貌重新組織以最小化表面能，從而形成臺(tái)階(terraces)。這種效果被稱為步驟聚束(step?bunching)。表面222的重新組織是由于當(dāng)原子暴露于高溫時(shí)原子在表面上的擴(kuò)散導(dǎo)致的。它還取決于表面所暴露的氣氛和壓力。其還取決于表面相對(duì)于半導(dǎo)體材料的晶體的高對(duì)稱軸的取向偏離(disorientation)角。這種取向偏離用于在單晶sic的后續(xù)外延期間促進(jìn)4h多型sic的控制，并且在單晶sic生長(zhǎng)期間防止多型變化。通常選擇4°的角度用于這種外延工藝。然而，這種傾斜角越大，臺(tái)階之間的階梯(steps)就越高。
5、這樣的取向偏離也可以自發(fā)地發(fā)生在多晶碳化硅表面上，其晶粒取向是隨機(jī)的。
6、其他半導(dǎo)體材料的表面可以具有相同類型的階梯。在包含gan的表面上，鎵珠狀物可在暴露于高溫期間出現(xiàn)在表面上。
7、因此，為了獲得光滑的表面，尋求防止臺(tái)階的形成或在后面的步驟中去除它們，并且如果需要，防止鎵或其他材料的珠狀物的出現(xiàn)。
8、例如，可以在熱處理之后進(jìn)行機(jī)械或化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)。然而，如果所形成的臺(tái)階的高度太大，例如在兩個(gè)連續(xù)板之間大于80nm，則要去除的厚度太大并且涉及長(zhǎng)且費(fèi)力的過程。此外，對(duì)于預(yù)期應(yīng)用，剩余厚度通常太薄。
9、另一種方法是使用非?？焖俚耐嘶鹦甭蕘硐拗婆_(tái)階的出現(xiàn)。該方法需要每分鐘約400℃的非?？焖俚臏囟仍黾?，因此與工業(yè)爐不相容。
10、作為選擇，可以施加限制sic中的硅升華的硅烷過壓，從而避免形成臺(tái)階。該方法在r.zhang等人的文章中有所描述。此外，在高于1600℃的溫度下，硅液滴可能出現(xiàn)在sic表面上。
11、防止形成臺(tái)階的另一種可能性是使用保護(hù)層。j.bao等人的文章提出了通過在sic表面上離心樹脂的方法獲得的碳保護(hù)層。樹脂在750℃-900℃下退火以形成約1μm厚的碳膜。該技術(shù)涉及在成形過程中添加更多步驟以及使用附加設(shè)備，并且涉及襯底被樹脂污染的風(fēng)險(xiǎn)。
12、在一些情況下，保護(hù)層也可以由氮化鋁(aln)形成。然而，這種材料難以去除，特別是在高溫下熱處理之后。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于穩(wěn)定具有半導(dǎo)體材料表面的襯底的方法，特別是旨在通過簡(jiǎn)單實(shí)施的步驟來防止臺(tái)階和/或珠狀物的形成。這種穩(wěn)定處理必須易于集成到包括半導(dǎo)體材料表面的襯底的制造方法中，并且不存在污染這種襯底的風(fēng)險(xiǎn)。
2、為此，本發(fā)明提出了一種穩(wěn)定半導(dǎo)體材料，尤其是單晶半導(dǎo)體材料的表面以防止形成臺(tái)階和/或珠狀物的方法，所述方法包括在大于或等于80kpa(800mbar)的壓力下在所述表面上以氣相形成玻璃質(zhì)碳層。
3、在本發(fā)明文本中，尋求穩(wěn)定的表面是半導(dǎo)體材料的自由表面，即，與包括所述半導(dǎo)體材料的襯底的外部環(huán)境形成界面的外表面。
4、有利地，半導(dǎo)體材料是碳化硅。
5、有利地，碳層的形成在1000℃至1200℃的溫度下進(jìn)行。有利地，該方法還包括在大于碳層形成溫度的溫度下加厚碳層的步驟。
6、優(yōu)選地，碳層具有5nm至500nm、優(yōu)選50nm至150nm的厚度。
7、在一些實(shí)施方式中，碳層在包括含碳?xì)怏w和載氣的氣流中沉積，所述載氣優(yōu)選為氬氣或氬氣和氫氣的混合物。
8、在其他實(shí)施方式中，通過從固體碳源蒸發(fā)含碳?xì)怏w來沉積所述碳層。
9、在一些實(shí)施方式中，在襯底退火爐中形成所述碳層。優(yōu)選地，所述退火爐包括內(nèi)壁和支撐構(gòu)件，所述支撐構(gòu)件構(gòu)造成將至少一個(gè)襯底、所述內(nèi)壁、支撐件和氣體保持在具有相同溫度的所述退火爐內(nèi)。
10、有利地，所述退火爐包含多個(gè)襯底，所述多個(gè)襯底包括所述半導(dǎo)體材料的表面，所述襯底垂直疊置，垂直空間設(shè)置在兩個(gè)相鄰襯底之間，碳層形成在每個(gè)所述襯底的半導(dǎo)體材料的表面上。
11、在其他實(shí)施方式中，碳層在化學(xué)氣相沉積室中沉積。
12、本發(fā)明還涉及處理具有半導(dǎo)體材料(尤其是單晶半導(dǎo)體材料)的自由表面的襯底的方法，該方法包括如上所述穩(wěn)定所述表面的方法和在穩(wěn)定所述表面之后對(duì)所述襯底進(jìn)行熱處理。
13、有利地，熱處理的至少一部分在高于1700℃的溫度下進(jìn)行。
14、在一些實(shí)施方式中，碳層的沉積和熱處理在同一襯底退火爐中執(zhí)行。優(yōu)選地，所述熱處理依次包括：在1000至1200℃的溫度下進(jìn)行的第一階段，和在大于1200℃、優(yōu)選大于1700℃的溫度下進(jìn)行的至少第二階段，所述第一階段包括所述碳層的形成，其中，在所述第一階段期間形成的碳層限制所述表面重新組織成臺(tái)階形式的半導(dǎo)體材料。有利地，該方法還包括在熱處理之后通過反應(yīng)離子蝕刻或通過等離子體蝕刻去除碳層的步驟。有利地，該方法包括在去除碳層的步驟期間將氧氣注入到爐中以產(chǎn)生反應(yīng)性等離子體的步驟。
15、本發(fā)明還涉及一種用于制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)體的方法，該方法包括以下步驟：
16、o通過在由半導(dǎo)體材料，尤其是單晶半導(dǎo)體材料制成的供體襯底中注入離子物質(zhì)來形成弱化區(qū)，
17、o將所述供體襯底鍵合到支撐襯底，
18、o沿著所述弱化區(qū)剝離所述供體襯底，以便將半導(dǎo)體材料層轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底上，
19、o如上所述的處理方法，以便修復(fù)在注入離子物質(zhì)期間在所述半導(dǎo)體材料層中產(chǎn)生的缺陷，其中，所述碳層形成在轉(zhuǎn)移到所述支撐襯底的所述半導(dǎo)體材料層的所述自由表面上。
20、優(yōu)選地，供體襯底由碳化硅制成。
1.一種穩(wěn)定半導(dǎo)體材料的表面以防止形成臺(tái)階和/或珠狀物的方法，所述半導(dǎo)體材料特別是單晶半導(dǎo)體材料，所述方法包括在大于或等于80kpa(800mbar)的壓力下在所述表面上以氣相形成玻璃質(zhì)碳層(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定方法，其中，所述半導(dǎo)體材料是碳化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的穩(wěn)定方法，其中，所述碳層的形成在1000℃至1200℃的碳層形成溫度下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穩(wěn)定方法，所述方法還包括在高于所述碳層形成溫度(t1)的溫度下加厚所述碳層(30)的步驟。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)定方法，其中，所述碳層(30)的厚度為5nm至500nm、優(yōu)選50nm至150nm。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)定方法，其中，所述碳層在包括含碳?xì)怏w和載氣的氣流中沉積，所述載氣優(yōu)選為氬氣或氬氣和氫氣的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)定方法，其中，通過從固體碳源蒸發(fā)含碳?xì)怏w來沉積所述碳層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)定方法，其中，在襯底退火爐(70)中形成所述碳層(30)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的穩(wěn)定方法，其中，所述退火爐(70)包括內(nèi)壁(75)和支撐構(gòu)件，所述支撐構(gòu)件構(gòu)造成將至少一個(gè)襯底(10)、所述內(nèi)壁(75)、所述支撐件和所述氣體保持在具有相同溫度的所述退火爐(70)內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的穩(wěn)定方法，其中，所述退火爐(70)包含多個(gè)襯底，所述多個(gè)襯底包括所述半導(dǎo)體材料的表面，所述襯底垂直疊置，垂直空間設(shè)置在兩個(gè)相鄰襯底之間，碳層(30)形成在每個(gè)所述襯底的所述半導(dǎo)體材料的所述表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)定方法，其中，所述碳層(30)形成在化學(xué)氣相沉積室中。
12.一種處理具有半導(dǎo)體材料的自由表面的襯底的方法，所述半導(dǎo)體材料特別是單晶半導(dǎo)體材料，所述方法包括權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的穩(wěn)定所述表面的方法和在穩(wěn)定所述表面之后對(duì)所述襯底進(jìn)行的熱處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理方法，其中，所述熱處理的至少一部分在大于1700℃的溫度下進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求12至13中任一項(xiàng)的與權(quán)利要求6組合的處理方法，其中，所述碳層(30)的沉積和所述熱處理在同一襯底退火爐中進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理方法，其中，所述熱處理依次包括：在1000℃至1200℃的溫度下進(jìn)行的第一階段，和在大于1200℃、優(yōu)選大于1700℃的溫度下進(jìn)行的至少第二階段，所述第一階段包括所述碳層(30)的形成，其中，在所述第一階段期間形成的玻璃質(zhì)碳層(30)限制所述表面重新組織成臺(tái)階形式的半導(dǎo)體材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14至15中任一項(xiàng)所述的處理方法，所述方法在所述熱處理之后還包括通過反應(yīng)離子蝕刻或等離子體蝕刻去除所述碳層(30)的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的處理方法，所述方法包括在去除所述碳層(30)的步驟期間將氧氣注入所述爐中以產(chǎn)生反應(yīng)性等離子體的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17中任一項(xiàng)所述的處理方法，所述方法還包括被設(shè)計(jì)為去除所述碳層(30)的化學(xué)機(jī)械拋光步驟。
19.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)體的制造方法，所述方法至少包括以下步驟：
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述供體襯底(220)是碳化硅。