[發明專利]減少外延片表面劃痕的方法

有效

• 申請號: 201611159109.5
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106783540B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 李赟
• 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: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種減少外延片表面劃痕的方法，包括以下步驟：(1)將碳化硅襯底置于碳化硅外延系統反應室內的石墨基座上；(2)利用氬氣對反應室內氣體進行多次置換，然后向反應室通入氫氣，逐漸加大氫氣流量至20～40L/min，設置反應室的壓力為700～1000mbar，并將反應室逐漸升溫至1400～1500℃；(3)到達設定溫度后，保持所有參數不變，對碳化硅襯底進行10～60分鐘原位氫氣刻蝕處理。本發明的方法利用在較低溫度、高反應室壓力和小流量氫氣條件下，采用慢速以及趨于各項同性的氫氣刻蝕對襯底進行處理，可以有效減少和弱化襯底表面的劃痕，并減少外延層中由劃痕所衍生的其他外延缺陷，該方法兼容現有外延工藝，不需要對核心工藝參數進行修改。

技術領域

本發明涉及一種外延片的生長方法，尤其涉及一種減少外延片表面劃痕的方法。

背景技術

SiC是一種適用于高溫、大功率、高頻電子器件研制的寬帶隙半導體材料，也是生長III-VI族化合物半導體的優質襯底。目前商業化的SiC襯底最大尺寸已經達到了6英寸，但是由于SiC材料本身機械強度高、化學穩定性好，導致其很難像硅材料那樣進行機械或化學拋光。標準的金剛石磨料加工會造成肉眼看不見的機械損傷，SiC襯底的表面研究發現商業化SiC襯底表面經常存在很多細劃痕，同時襯底下方存在10個納米左右的損傷層。

化學機械拋光(CMP)工藝是目前最佳的去除SiC襯底表面劃痕和亞損傷層的方法，很多SiC襯底供應商都有發展其獨特的CMP工藝，但是大部分SiC襯底供應商的CMP工藝并不能完全去除SiC襯底表面的微劃痕。外延過程中，這些微劃痕會被放大，部分劃痕還會衍生出新的外延缺陷。因此對SiC襯底進行有效的處理，減少以及弱化襯底表面的劃痕對提高外延質量具有非常重要的意義。

在常規的SiC外延工藝中，襯底通常在低反應室壓力，大流量氫氣的條件下升溫至外延生長溫度，并在生長溫度下保持通入氫氣進行原位刻蝕處理。實際上氫氣對襯底的刻蝕速率與氫氣流量以及溫度成正比關系，與反應室壓力成反比關系。在高溫、低反應室壓力和大流量氫氣條件下，氫氣對襯底的刻蝕速率快，且趨向各項異性刻蝕，缺陷處的氫氣刻蝕速率會加大，容易放大襯底表面的劃痕。相反，在較低溫度、高反應室壓力和小流量氫氣條件下，氫氣對襯底的刻蝕速率慢，趨向各項同性，可以有效減少和弱化襯底表面的劃痕。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種減少外延片表面劃痕的方法。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種減少外延片表面劃痕的方法，包括以下步驟：

(1)將碳化硅襯底置于碳化硅外延系統反應室內的石墨基座上；

(2)利用氬氣對反應室內氣體進行多次置換，然后向反應室通入氫氣，逐漸加大氫氣流量至20～40L/min，設置反應室的壓力為700～1000mbar，并將反應室逐漸升溫至1400～1500℃；

(3)到達設定溫度后，保持所有參數不變，對碳化硅襯底進行10～60分鐘原位氫氣刻蝕處理；

(4)原位氫氣刻蝕處理完成后，在5分鐘內逐漸加大氫氣流量至60～120L/min，并降低反應室壓力至80～200mbar，并將反應室溫度升至生長溫度1550～1650℃；

(5)達到生長溫度后，向反應室通入小流量的硅源和碳源，控制硅源和氫氣的流量比小于0.03％，并通入摻雜源，生長出厚度為0.5-2μm，摻雜濃度～1E18cm^-3的高摻緩沖層；

(6)采用線性緩變的方式將生長源和摻雜源的流量改變至生長外延結構所需的設定值，根據常規工藝程序生長外延結構；

(7)外延結構生長完成后，關閉生長源和摻雜源，在氫氣氛圍中將反應室溫度降至室溫，然后將氫氣排出，并通入氬氣對反應室氣體進行多次置換，并利用氬氣將反應室壓力提高至大氣壓，最后開腔取片。