碳化硅衬底的平整方法、碳化硅衬底以及半导体器件与流程

本申请涉及把半导体元件加工领域，特别是涉及一种能够使碳化硅衬底平整化且表面无损伤的方法，基于该方法获得的碳化硅衬底，以及基于该碳化硅衬底获得的半导体器件。

背景技术：

1、传统的硅功率器件已达到其材料潜力的极限，难以满足当前新能源汽车、光伏、轨道交通、电网等领域对于高压、高功率、高频、高温、高能效、耐恶劣环境以及小型化等新需求。碳化硅（sic）是继第一代半导体硅（si）和第二代半导体砷化镓（gaas）、磷化铟（inp）之后发展起来的第三代半导体（即碳化硅、氮化镓等）的代表，也是目前从材料到器件发展的最成熟、应用也最广泛的第三代半导体器件。

2、碳化硅同质外延薄膜的结晶质量能够影响最终的半导体器件的性能，由于其为同质外延，外延薄膜的晶体质量很大程度上取决于单晶衬底的质量。精密抛光是碳化硅单晶衬底加工的一道重要工序，是保证被加工表面实现超光滑、无缺陷损伤的关键工艺。

3、化学机械抛光（chemical mechanical polishing，cmp）是应用最为广泛的抛光技术，通过化学腐蚀和机械磨损协同作用，实现材料表面去除及平坦化。碳化硅晶片在抛光液的作用下发生氧化反应，生成的软化层在磨粒机械作用下相对容易被除去。但是目前碳化硅衬底在cmp后表面会有机械抛光残留的“蜘蛛网”状的痕迹，可能会影响后续外延生长。

技术实现思路

1、本申请所要解决的技术问题在于，如何实现碳化硅衬底平坦化，且表面无损伤。

2、为了解决上述问题，本申请公开了一种用于碳化硅衬底的平整方法、碳化硅衬底以及半导体器件。所述碳化硅衬底的平整方法能够实现碳化硅衬底平坦化，且表面超光滑、无损伤，满足碳化硅外延的生长需求。

3、本申请公开一种用于碳化硅衬底的平整方法。所述碳化硅衬底具有待平整表面。所述方法包括：放置所述碳化硅衬底于刻蚀设备的反应空间中；利用所述刻蚀设备在所述反应空间对所述碳化硅衬底的待平整表面进行硅蒸汽刻蚀，以获取表面平整化的目标碳化硅衬底。

4、在一些可行的实施方式中，所述硅蒸汽刻蚀可以包括：利用第一气体对所述反应空间进行气体置换；向所述反应空间内通入硅源，并控制所述反应空间内部达到目标反应压力和目标反应温度并维持；对所述待平整表面进行硅蒸汽刻蚀。

5、在一些可行的实施方式中，所述第一气体可以包括惰性气体；或者，所述第一气体可以为氩气。

6、在一些可行的实施方式中，所述目标反应压力可以为10-5pa-13kpa。

7、在一些可行的实施方式中，所述目标反应温度可以为1800℃-2000℃。

8、在一些可行的实施方式中，所述硅蒸汽刻蚀完成后，所述方法还可以包括：利用第二气体调整所述反应空间的气体氛围，并控制所述反应空间内部达到取片温度；利用第三气体对所述反应空间进行气体置换，并控制所述反应空间内部达到取片压力；将所述目标碳化硅衬底转移出所述反应空间。

9、在一些可行的实施方式中，所述第二气体可以包括氢气，所述第三气体可以包括惰性气体；或者，所述第三气体为氩气。

10、在一些可行的实施方式中，所述取片温度可以由为25℃，所述取片压力可以为1个大气压。

11、在一些可行的实施方式中，所述碳化硅衬底的待平整表面可以经过机械抛光。

12、本申请另一方面提供一种碳化硅衬底。所述碳化硅衬底经过如上所述的平整方法处理后得到。

13、本申请另一方面提供一种半导体器件。所述半导体器件可以基于如上所述的经过表面平整化的碳化硅衬底制备。

14、本申请所披露的碳化硅衬底的平整方法，经平整后的表面光滑且无损伤。

技术特征：

1.一种碳化硅衬底的平整方法，所述碳化硅衬底具有待平整表面；其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的碳化硅衬底的平整方法，其特征在于，所述硅蒸汽刻蚀，包括：

3.根据权利要求2所述的碳化硅衬底的平整方法，其特征在于，所述第一气体包括惰性气体；或者，所述第一气体为氩气。

4.根据权利要求2所述的碳化硅衬底的平整方法，其特征在于，所述目标反应压力为10-5pa-13kpa。

5.根据权利要求2所述的碳化硅衬底的平整方法，其特征在于，所述目标反应温度为1800℃-2000℃。

6.根据权利要求2所述的碳化硅衬底的平整方法，其特征在于，所述硅蒸汽刻蚀完成后，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的碳化硅衬底的平整方法，其特征在于，所述第二气体包括氢气，所述第三气体包括惰性气体；或者，所述第三气体为氩气。

8.根据权利要求6所述的碳化硅衬底的平整方法，其特征在于，所述取片温度为25℃，所述取片压力为1个大气压。

9.根据权利要求1所述的碳化硅衬底的平整方法，其特征在于，所述碳化硅衬底的待平整表面经过机械抛光。

10.一种碳化硅衬底，所述碳化硅衬底利用如权利要求1-9中任一项所述的碳化硅衬底的平整方法处理后得到。

11.一种半导体器件，所述半导体器件基于如权利要求10所述的碳化硅衬底制备。

技术总结
本申请公开一种碳化硅衬底的平整方法、碳化硅衬底以及半导体器件。所述碳化硅衬底具有待平整表面。所述平整方法包括：放置所述碳化硅衬底于刻蚀设备的反应空间中；利用所述刻蚀设备在所述反应空间对所述碳化硅衬底的待平整表面进行硅蒸汽刻蚀，以获取表面平整化的目标碳化硅衬底。实施本申请，能够实现碳化硅衬底平坦化，且表面超光滑、无损伤，满足碳化硅外延的生长需求。

技术研发人员：潘金晶
受保护的技术使用者：希科半导体科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16