[發明專利]N型重摻雜碳化硅薄膜外延制備方法

有效

• 申請號: 201210077366.X
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102610500A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王悅湖;張曉朋;張玉明;楊陽
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于半導體器件制造技術領域，尤其涉及一種利用現有的碳化硅材料CVD生長工藝，制備N型重摻雜碳化硅外延層的方法。

背景技術

碳化硅材料良好的物理和電學特性，在高溫、高壓、高頻、抗輻照電子器件方面有著極其重要的應用前景。

碳化硅屬于寬禁帶半導體，本征載流子在高溫下仍能保持較低的濃度，因而能工作在很高的溫度下。在不產生雪崩擊穿的情況下，碳化硅可以承受的最大電場強度是硅材料的8倍以上，這使得碳化硅可以用于制作高壓，高功率的半導體器件，如PiN二級管、功率晶體管、晶閘管，或高功率的微波器件。從另一方面看，這些特性也對器件封裝有益處，使器件可以封裝的更加緊密，提高電路的集成度。碳化硅同時也是極為良好的熱導體，在室溫下，碳化硅的熱導率為3.7Wcm^-1℃^-1(4H-SiC)，比常見的金屬都高，因而碳化硅半導體材料能很好的將自身產生的熱量傳導出去，極為適合制作功率器件。碳化硅的飽和電子遷移速度很高，這一特性也使它可以用于射頻或者微波器件，從而提高器件工作速度。

近年來，有關碳化硅材料相關工藝進展非常迅速，碳化硅單晶片已經有商用的4英寸的襯底，可以在碳化硅襯底實現的低缺陷外延，另外在碳化硅材料的氧化、摻雜、刻蝕、半導體金屬接觸等方面都逐步成熟。

碳化硅具有高的化學和物理穩定性，使其高溫單晶生長和化學及機械處理都非常困難。因此，目前應用于制造器件的碳化硅材料都是由薄膜制備技術生長的外延薄膜材料。由于碳化硅的鍵強度高，雜質擴散所要求的溫度大于1800℃，大大超過標準器件工藝的條件，所以器件制作工藝中的摻雜不能采用擴散工藝，只能利用外延控制摻雜和高溫離子注入摻雜。

采用高溫離子注入，注入離子對晶格損傷很大，造成大量晶格缺陷，即使退火也很難完全消除，嚴重影響了器件的性能，同時離子注入效率很低，因而不適合做大面積摻雜。在常見的碳化硅的CVD外延工藝中，通常采用SiH₄和C₃H₈作為反應物，N₂作為N型摻雜源，氫氣作為載氣，需要控制各個反應物的比例、反應條件，才能達到高質量，高速率的生長，并達到所需要的摻雜水平。只有通過合理調整生長參數，生長出缺陷少，摻雜達到預定要求的外延層，才能制作出性能符合要求的器件，因而碳化硅外延層的摻雜控制是目前器件制造中的一個很大的難點。

李哲洋等人的專利《高摻雜濃度的碳化硅外延生長的方法》，提出了關于高摻雜半導體外延生長工藝方法，但是在其給出的工藝條件下，生長的外延層濃度在1×10¹⁸cm^-3左右，一些半導體器件，如BJT的發射區，需要用到重摻雜的外延層，濃度要在1×10¹⁹cm^-3以上，上述方法不能滿足制備這些器件的要求，因而需要研究新的工藝條件，實現了更高濃度的外延層摻雜。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種N型重摻雜碳化硅的制備方法，利用碳化硅的CVD設備，制備出摻雜濃度在1×10¹⁹cm^-3以上的碳化硅外延層，滿足了制備重摻雜外延層的要求。

為實現上述目的，本發明提供了兩種制備上述重摻雜外延層的技術方案。

技術方案1，包括如下步驟：

(1)把碳化硅襯底放置到碳化硅CVD設備的反應室中，將反應室抽成真空；

(2)保持反應室氣壓為100mbar，在20L/min的氫氣流中，使用加熱源逐漸加熱襯底，使其溫度緩緩上升，當溫度超過1400℃后，在氫氣流中加入流量為5～10mL/min的C₃H₈；

(3)當反應室溫度到達到1580℃后，保持溫度恒定，繼續保持反應室氣壓和氫氣流中加入的C₃H₈流量不變，對襯底進行原位刻蝕，時間為10～30min；