碳化硅單晶的清洗方法
【專(zhuān)利摘要】碳化硅單晶的清洗方法，它涉及一種單晶的清洗方法。本是為了解決現(xiàn)有清洗SiC的方法步驟繁瑣的技術(shù)問(wèn)題。本方法如下：將SiC單晶在溫度為75～85℃的混合溶液A中浸泡15～25min，然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈桑龌旌先芤篈為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.8～3.2：1。本發(fā)明的SiC單晶的清洗方法重復(fù)性好，清洗得的SiC單晶潔凈度高，清洗后的SiC單晶表面只有Si、O、C三種元素，其中雜質(zhì)碳含量<10％。清洗采用的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，易于掌握，過(guò)程安全、無(wú)污染。本發(fā)明屬于單晶的清洗領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】碳化硅單晶的清洗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單晶的清洗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅(SiC)是IV -1V族化合物，具有熱導(dǎo)率高、臨界擊穿電場(chǎng)高、流子飽和漂移速度高、禁帶寬度大等優(yōu)點(diǎn)，是IV族中唯一的一種固態(tài)碳化物，在高溫、高頻、高功率、光電子及抗輻射等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。SiC作為半導(dǎo)體器件材料，對(duì)其表面清潔度要求很高，因表面污染物對(duì)SiC半導(dǎo)體器件性能、穩(wěn)定性和電路成品率有極大的影響；SiC作為GaN薄膜生長(zhǎng)的基底材料，因其拋光表面的雜質(zhì)污染會(huì)直接影響到外延層的質(zhì)量，嚴(yán)重影響到GaN基發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光性能；SiC作為一種性能優(yōu)良的空間反射鏡材料，拋光面的清潔度會(huì)影響到SiC反射鏡的光學(xué)性能。綜上，對(duì)SiC的有效清潔是非常重要的。
[0003]目前SiC單晶的表面清洗法有等離子清洗、氫處理清洗、化學(xué)清洗等。等離子清洗易導(dǎo)致表面，甚至亞表面損傷，影響器件的使用壽命和穩(wěn)定性；氫處理清洗需要特殊的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，能量損耗大；目前濕式清洗在SiC單晶表面凈化中仍處于主導(dǎo)地位。而濕式清潔法雖有很多，但基本沿用清潔單晶硅的方法，對(duì)于SiC而言，步驟繁瑣，清洗效果不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有清洗SiC的方法步驟繁瑣的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種碳化硅單晶的清洗方法。
[0005]碳化硅單晶的清洗方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0006]將SiC單晶在溫度為75?85°C的混合溶液A中浸泡15?25min，然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈?，所述混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.8?3.2:1。
[0007]碳化硅單晶的清洗方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0008]一、采用表面活性劑刷洗SiC單晶3?5min，然后用去離子水沖洗SiC單晶；
[0009]二、將經(jīng)過(guò)步驟一處理的SiC單晶在溫度為75?85°C的混合溶液A中浸泡15?25min,然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈桑龌旌先芤篈為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.8?3.2:1。
[0010]本實(shí)驗(yàn)步驟一中的表面活性劑由Liqu1-Nox或deconex生產(chǎn)。
[0011]本發(fā)明的SiC單晶的清洗方法是一種多步驟的濕化學(xué)清潔方法，能夠有效地解決SiC單晶表面因表面性質(zhì)穩(wěn)定不易溶解造成的現(xiàn)有清洗方法難以將表面污染物清洗干凈的問(wèn)題。本發(fā)明的SiC單晶的清洗方法重復(fù)性好，清洗得的SiC單晶潔凈度高，清洗后的SiC單晶表面只有S1、0、c三種元素，其中雜質(zhì)碳含量〈10%。清洗采用的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，易于掌握，過(guò)程安全、無(wú)污染。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013](I)針對(duì)SiC單晶的表面特性，探究了兩種針對(duì)不同污染程度的單晶SiC的濕化學(xué)清洗法。得到的單晶表面足夠干凈，為將來(lái)對(duì)單晶表面性能研究以及工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
[0014](2)克服了目前針對(duì)SiC材料清洗的濕化學(xué)清洗法的缺點(diǎn)，例如，RCA法，步驟繁多，清洗效果欠佳。本發(fā)明中的清洗方法簡(jiǎn)單易行，所耗能量少，成本低，清洗效果良好。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是實(shí)驗(yàn)一中未經(jīng)處理的SiC單晶的AFM照片；
[0016]圖2是經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理的SiC單晶的AFM照片；
[0017]圖3是實(shí)驗(yàn)二中未經(jīng)處理的SiC單晶的AFM照片；
[0018]圖4是經(jīng)實(shí)驗(yàn)二處理的SiC單晶的AFM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式碳化硅單晶的清洗方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0021]一、采用表面活性劑刷洗SiC單晶3?5min，然后用去離子水沖洗SiC單晶；
[0022]二、將經(jīng)過(guò)步驟一處理的SiC單晶在溫度為75?85°C的混合溶液A中浸泡15?25min，然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈?，所述混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.8?3.2:1。
[0023]本實(shí)施方式中所述的濃硫酸的質(zhì)量濃度為98%，雙氧水為質(zhì)量濃度為30%的市
售雙氧水。
[0024]本實(shí)施方式中所述的濃硫酸、雙氧水均為市售產(chǎn)品。
[0025]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一中所述表面活性劑是陰離子表面活性劑。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是步驟一中所述刷洗SiC單晶的時(shí)間為4min。其它與【具體實(shí)施方式】一或二之一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟二中在溫度為80°C的混合溶液A中浸泡。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟二中混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3:1。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是步驟二中混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3.1:1。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式碳化硅單晶的清洗方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0031]將SiC單晶在溫度為75?85°C的混合溶液A中浸泡15?25min，然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈桑龌旌先芤篈為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.8?3.2:1。
[0032]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】七不同的是將SiC單晶在溫度為78°C的混合溶液A中浸泡。其它與【具體實(shí)施方式】七相同。[0033]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】七或八不同的是所述混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.9:1。其它與【具體實(shí)施方式】七或八相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】七至九之一不同的是所述混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3.1:1。其它與【具體實(shí)施方式】七至九之一相同。
[0035]采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果:
[0036]實(shí)驗(yàn)一:
[0037]污染程度較低的碳化硅單晶的清洗方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0038]將SiC單晶在溫度為76°C的混合溶液A中浸泡17min，然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈桑龌旌先芤篈為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3:1。
[0039]本實(shí)驗(yàn)中所述的濃硫酸的質(zhì)量濃度為98%，雙氧水為質(zhì)量濃度為30%的市售雙氧水。
[0040]本實(shí)驗(yàn)中采用聚四氟乙烯容器。
[0041]本實(shí)驗(yàn)中采用的氮?dú)鉃橘|(zhì)量分?jǐn)?shù)99.999%的高純氮。
[0042]對(duì)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理的污染程度較低的SiC單晶和經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理的SiC單晶進(jìn)行X-射線光電子能譜(XPS)測(cè)試。未經(jīng)實(shí)驗(yàn)一的方法清洗的SiC單晶表面雜質(zhì)碳含量15?18%，經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理后的SiC單晶表面雜質(zhì)碳含量8?9%。
[0043]對(duì)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理的污染程度較低的SiC單晶(圖1)和經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理的SiC單晶(圖2)進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)表征。由圖1的AFM照片可見(jiàn)單晶表面有顆粒狀污染物，表面不干凈；由圖2的AFM照片可見(jiàn)，表面沒(méi)有任何污染物，顯示有平臺(tái)一臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
[0044]經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理后的SiC單晶的表面接觸角〈50，水在α -Α1203單晶表面接近鋪展。
[0045]可見(jiàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)一處理后的SiC單晶潔凈度高，且清洗采用的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，易于掌握，過(guò)程安全、無(wú)污染。
[0046]實(shí)驗(yàn)二:
[0047]污染程度較高的碳化硅單晶的清洗方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0048]一、采用表面活性劑刷洗SiC單晶5min，然后用去離子水沖洗SiC單晶；
[0049]二、將經(jīng)過(guò)步驟一處理的SiC單晶在溫度為80°C的混合溶液A中浸泡20min，然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈?，所述混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3:1。
[0050]本實(shí)驗(yàn)中所述的濃硫酸的質(zhì)量濃度為98%，雙氧水為質(zhì)量濃度為30%的市售雙氧水。
[0051]本實(shí)驗(yàn)中采用聚四氟乙烯容器。
[0052]本實(shí)驗(yàn)中采用的氮?dú)鉃橘|(zhì)量分?jǐn)?shù)99.999%的高純氮。
[0053]本實(shí)驗(yàn)步驟一中的表面活性劑由Liqu1-Nox生產(chǎn)的精制液體清潔劑(主要由線性烷芳基磺酸鈉、二甲苯磺酸鈉、鏈烷醇酰胺和乙氧基醇的均勻混合物組成)。
[0054]對(duì)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)二處理的污染程度較高的SiC單晶和經(jīng)實(shí)驗(yàn)二處理的SiC單晶進(jìn)行X-射線光電子能譜(XPS)測(cè)試，未經(jīng)實(shí)驗(yàn)二的方法清洗的SiC單晶表面雜質(zhì)碳含量18?21%,經(jīng)實(shí)驗(yàn)二處理后的SiC單晶表面雜質(zhì)碳含量8?9%。
[0055]對(duì)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)二處理的污染程度較高的SiC單晶(圖3)和經(jīng)實(shí)驗(yàn)二處理的SiC單晶(圖4)進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)表征。由圖3的AFM照片可見(jiàn)單晶表面有顆粒狀污染物，表面不干凈；由圖4的AFM照片可見(jiàn)，表面沒(méi)有任何污染物，顯示有平臺(tái)一臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
[0056]經(jīng)實(shí)驗(yàn)二處理后的SiC單晶的表面接觸角〈50，水在α -Α1203單晶表面接近鋪展。
[0057]可見(jiàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)二處理后的SiC單晶潔凈度高，且清洗采用的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，易于掌握，過(guò)程安全、無(wú)污染。
【權(quán)利要求】
1.碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于碳化硅單晶的清洗方法按照以下步驟進(jìn)行: 一、采用表面活性劑刷洗SiC單晶3?5min，然后用去離子水沖洗SiC單晶； 二、將經(jīng)過(guò)步驟一處理的SiC單晶在溫度為75?85°C的混合溶液A中浸泡15?25min,然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈桑龌旌先芤篈為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.8?3.2:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于步驟一中所述表面活性劑是陰離子表面活性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于步驟一中所述刷洗SiC單晶的時(shí)間為4min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于步驟二中在溫度為80°C的混合溶液A中浸泡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于步驟二中混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于步驟二中混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3.1:1。
7.碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于碳化硅單晶的清洗方法按照以下步驟進(jìn)行: 將SiC單晶在溫度為75?85°C的混合溶液A中浸泡15?25min，然后用去離子水沖洗SiC單晶，再氮?dú)獯蹈?，所述混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.8?3.2:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于將SiC單晶在溫度為78°C的混合溶液A中浸泡。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于所述混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為2.9:1。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述碳化硅單晶的清洗方法，其特征在于所述混合溶液A為濃硫酸和雙氧水的混合液，其中濃硫酸與雙氧水的體積比為3.1:1。
【文檔編號(hào)】B08B3/02GK103949429SQ201410178793
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】張丹, 趙淑貞, 張飛虎, 甘陽(yáng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)