[發明專利]一種生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201611216576.7
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106711022B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 趙志飛
• 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;C23C16/32;C30B25/20;C30B29/36
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張婧

1.一種生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，將碳化硅襯底放置到充抽過的碳化硅化學氣相沉積設備的反應室中，再將反應室抽成真空；

步驟2，反應室緩慢達到設定壓力和氣體流量，在氫氣流中加熱反應室；

步驟3，對碳化硅襯底進行原位刻蝕處理；

步驟4，設置生長條件，開始生長P型或N型摻雜的碳化硅外延層，包括下述步驟：

(4.1)當反應室溫度達到1550℃～1600℃時，保持反應室溫度、氣體流量和壓力恒定；

(4.2)根據外延生長需要，將液態三甲基鋁放置于鼓泡器中，將5ml/min～50ml/min氫氣通入鼓泡器中，使氫氣攜帶三甲基鋁通入反應室中用作P型摻雜源；或將0ml/min～2000ml/min的高純氮氣通入反應室中用作N型摻雜源；

(4.3)向反應室通入流量為5～100mL/min的硅源、流量為5～200mL/min的碳源作為生長源，通入相應的三甲基鋁或高純氮氣作為摻雜源，生長P型或者N型摻雜碳化硅外延層，其生長時間取決于外延厚度；

步驟5，當上述步驟4中生長的為P型摻雜的碳化硅外延層時，采用流量為5mL/min的硅源，碳硅比1.0～1.3，生長時間為1～6min，生長極薄外延層；當上述步驟4中生長的為N型摻雜的碳化硅外延層時，采用流量為5mL/min的硅源，碳硅比1.5～1.8，生長時間為1-6min，生長極薄外延層；

步驟6，保持反應室溫度和壓力恒定，中斷生長源和摻雜源，原位氫氣刻蝕1～30min或者通入氯化氫輔助原位氫氣刻蝕5～15min，刻蝕掉上述步驟5中所生長的極薄外延層；

步驟7，設置生長條件，開始生長與步驟4中摻雜類型不同的碳化硅外延層；

步驟8，重復上述步驟4至步驟7，生長多層數的不同摻雜類型或者易受摻雜殘余影響的碳化硅外延層，且形成摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜；或者重復上述步驟4至步驟6，連續生長同一摻雜類型且不易受摻雜殘余影響的碳化硅外延層；

步驟9，在大流量、高壓力氫氣氣氛下冷卻碳化硅襯底，其中流量為60～120L/min，壓力為300-900mbar；

步驟10，待反應室冷卻后，反應室抽真空或氬氣充填反應室至大氣壓，取出碳化硅外延片。

2.根據權利要求1所述的生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟1中碳化硅襯底選取偏向<11-20>方向4°或者8°的4H碳化硅襯底，包括3～6英寸導電碳化硅襯底。

3.根據權利要求1所述的生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟1中碳化硅襯底選取偏向<11-20>方向4°或者8°的4H碳化硅襯底，包括半絕緣碳化硅襯底。

4.根據權利要求1所述的生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟2中控制反應室壓力逐漸增大到100～150mbar和氫氣流量逐漸增大到60～80L/min后保持不變，再逐漸增大反應室功率緩慢升高反應室溫度。

5.根據權利要求1所述的生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法，其特征在于：所述步驟3中當反應室溫度逐漸升高至1400～1450℃時，保持反應室溫度恒定進行20min的原位刻蝕；或者當反應室溫度逐漸升高至1400～1450℃以后，向反應室中通入流量為5mL/min的碳源，保持碳源通入流量不變，并繼續升溫直至達到生長溫度，該升溫過程即進行了原位刻蝕。

6.根據權利要求1或5所述的生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法，其特征在于：所述硅源包括硅烷、三氯氫硅和二氯氫硅，碳源包括乙烯和丙烷。