[發明專利]一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法

有效

• 申請號: 201510398440.1
• 申請日: 2015-07-08
• 公開（公告）號: CN105140102B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 趙志飛;李赟;朱志明
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

1.一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟：

（1）襯底準備：選取Si 襯底，并對其進行標準清洗待用；

（2）生長前處理：使用氫氣H₂原位刻蝕對襯底進行生長前表面預處理，H₂的流量為60～90L/min，反應室壓力為80～200mbar，溫度為900～1100℃，處理時間為5～15min ；

（3）碳化過程：當溫度升至1100～1250℃時開始通入40～100ml/min 丙烷C₃H₈，反應室壓力為50～80mbar，開始碳化，碳化時間為2～10min ；

（4）第一次生長：當溫度升至1250～1350℃時開始生長碳化硅薄膜，生長源為硅烷SiH₄和C₃H₈，其中硅烷SiH₄流量為5～10ml/min，C₃H₈流量為5～10ml/min，載氣H₂的流量為90～150L/min，生長壓力為80～200mbar，生長時間為5～30min ；

（5）原位刻蝕：使用H₂對第一次生長的外延片進行表面原位刻蝕，H₂的流量為90～150L/min，反應室壓力為80～200mbar，刻蝕溫度為生長溫度，刻蝕時間為5～20min ；

（6）第二次生長：保持生長溫度和壓力不變，提高生長源SiH₄和C₃H₈流量，其中SiH₄流量至15～50ml/min，C₃H₈流量至15～50ml/min，開始外延碳化硅薄膜，生長時間由外延層厚度決定。

2.根據權利要求1 所述的一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述Si 襯底包含但不限于Si(100) 和Si(111) 晶向襯底，且包括2～8 英寸的P型、N型和高阻Si襯底。

3.根據權利要求1 所述的一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述生長前處理是為了去除襯底表面氧化層和沾污，其氫氣流量既要保證能夠去除氧化層又要不能過處理。

4.根據權利要求1 所述的一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述碳化過程通過在低碳化壓力下通入40～100ml/min 的大流量C₃H₈得到高質量碳化硅緩沖層。

5. 根據權利要求1 所述的一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述第一次生長和第二次生長過程中使用的碳硅比分別為3:1～6:1 和2:1～4:1。

6. 根據權利要求1 所述的一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述第一次外延生長通過分別為5～10mL/min 的小流量SiH₄和C₃H₈以及大于3的高碳硅比，實現低速高質量外延生長，形成一層0.1～0.6μm厚的高質量β-碳化硅緩沖層。

7.根據權利要求1 所述的一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述第一次外延生長之后的原位刻蝕，可以減少表面缺陷，提高后續外延層晶體質量。

8.根據權利要求4 所述的一種優化的在硅襯底上外延生長β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述第二次生長通過提高SiH₄和C₃H₈流量及較第一次外延低的碳硅比，在所述緩沖層上實現5～25μm/h 的外延生長，生長溫度和壓力與第一次生長相同，根據外延需要可實現厚度1～50μm 范圍內精確可控。