[發明專利]4H-SiC同質外延生長系統

在審

• 申請號: 201410260320.0
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104018216A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 賈仁需;胡繼超;張玉明;王悅湖;張藝蒙
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: C30B25/20
• 分類號: C30B25/20;C30B29/36
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所 11309
• 代理人: 李楠

技術領域

本發明涉及半導體器件制造領域，尤其涉及一種低壓4H-SiC同質外延生長系統。

背景技術

碳化硅(SiC)具有寬帶隙、高臨界擊穿場強、高熱導率、高飽和電子漂移速度和高鍵合能等優點，是制作高溫、高壓、高頻、大功率、抗輻照等半導體器件的原材料，也是制作“極端電子學器件”和極端條件下微機電系統MEMS的主要材料；此外，SiC是一種優良的發光半導體材料，不僅適于制作光電子半導體器件，也可利用其寬帶隙和低電流的特性制作紫外敏感器件。由于SiC材料具有這些優越的特性，使它在化學工業、航空航天工程、汽車制造業、礦物加工與開采、核動力工程等領域都有著廣泛的應用前景。

目前化學氣相淀積(CVD)是生長SiC同質外延的常用方法之一。在利用CVD方法生長SiC外延層過程中，SiH₄和C₃H₈作為生長源氣體，H₂作為載氣。制備工作于高壓下的SiC電力電子器件需要厚的SiC外延層，而對于厚膜SiC外延層的制備，采用常規工藝(-5μm/h)需要很長的生長時間，大大增加了制備成本。

提高源氣體SiH₄和C₃H₈流量可以將SiC外延的生長速率提高到10μm/h以上，但通過增加源氣體流量以獲得高生長速率的方法所遇到的主要問題是氣相中同種組分的成核現象，即Si滴的出現。如果氣流不能及時的將Si滴輸運出生長區，將會導致生長速率達到飽和，Si滴也會沉積襯底上，導致外延表面形貌的退化和材料質量的降低，這對后續的器件制造和器件性能都會造成很大影響。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的缺陷，提供一種4H-SiC同質外延生長系統，以解決常規工藝條件下SiC外延層生長速率較低的問題，同時克服高源氣體流量條件下SiC外延層表面缺陷密度較大的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種4H-SiC襯底上的同質外延系統，所述系統包括：

反應室，用于容置4°偏角碳化硅襯底；

真空機，與所述反應室相導通，用于將所述反應室抽成氣壓低于1×10^-7mbar的真空；

源氣輸送和控制系統，與所述反應室相導通，用于向反應室通入氫氣H₂直至反應室氣壓到達100mbar，保持反應室氣壓恒定，再將H₂流量逐漸增至64L/min，繼續向反應室通氣；

加熱系統，與所述反應室相連接，用于將所述反應室加熱升高逐漸至1400℃，進行10分鐘的原位刻蝕；

其中，利用加熱系統將所述反應室溫度升高至1580℃-1620℃，利用真空機將所述反應室壓強降低為40mbar，保持溫度和壓強恒定，利用所述源氣輸送和控制系統向所述反應室通入42mL/min的SiH₄和14mL/min的C₃H₈，進行2小時的外延生長，獲得長有碳化硅外延層的襯底片；所述源氣輸送和控制系統停止供給C₃H₈和SiH₄，停止生長，然后通向反應室的H₂流量為20L/min，利用所述真空機保持反應室氣壓為100mbar，使長有碳化硅外延層的襯底在氫氣流中冷卻25min；再將反應室氣壓升高到700mbar，在氫氣流中繼續冷卻；當所述反應室溫度降低到700℃以后，所述源氣輸送和控制系統停止向所述反應室通入H₂；利用真空機將所述反應室抽真空，直到氣壓低于1×10^-7mbar，再打開Ar開關，所述源氣輸送和控制系統向反應室通入流量為12L/min的Ar，使長有碳化硅外延層的襯底在氬氣環境下繼續冷卻30min；緩慢提高反應室氣壓到常壓，使襯底自然冷卻至室溫，取出碳化硅外延片。

進一步的，所述加熱系統中包括高頻線圈感應加熱器RF，用于使反應室溫度升高逐漸至1400℃，進行10分鐘的原位刻蝕。

進一步的，所述系統還包括尾氣處理器，與所述真空機相導通，用于將所述真空機抽取的氣體導出。

進一步的，所述系統還包括真空檢測器，用于檢測所述反應室的真空度。

進一步的，其特征在于，所述系統還包括冷卻器，用于冷卻。