[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

本發明公開了一種生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法，包括如下步驟：將碳化硅襯底放置到反應室中；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；對碳化硅襯底進行原位刻蝕處理；開始生長P型或N型摻雜的碳化硅外延層；生長極薄外延層；刻蝕掉上述步驟5中所生長的極薄外延層；生長多層數的不同摻雜類型且易受摻雜殘余影響的碳化硅外延層，或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；在大流量、高壓力氫氣氣氛下冷卻碳化硅襯底；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。該制備方法可有效地減少背景記憶效應，形成摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜。

技術領域

本發明涉及一種半導體器件制造技術領域，尤其涉及一種生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法。

背景技術

近些年，碳化硅(SiC)外延材料和器件正在穩步而快速增長，在某些領域其正在逐步替代傳統的硅和砷化鎵材料。相對于硅和砷化鎵來說，碳化硅具有寬帶隙、高導熱率、高擊穿強度、高電子飽和漂移速度、高的硬度等優點，也有著很強的化學穩定性。這些優良的物理和電學性能使碳化硅在應用上具有很多優勢，特別適合于高功率、高溫和高頻應用。

碳化硅材料的載流子濃度這一參數通常通過材料摻雜控制來實現。因此，碳化硅外延材料的摻雜是器件制備中的關鍵工藝之一。然而，由于碳化硅的鍵強度高而不能采用擴散工藝，只能利用外延控制摻雜和高溫離子注入摻雜。高溫離子注入會造成大量晶格損傷，形成大量退火也很難完全消除的晶格缺陷，嚴重影響了器件的性能，且離子注入效率很低，因而不適合做大面積摻雜。同時，碳化硅器件所用外延材料一般由多層外延層組成，尤其是不同摻雜類型的多層外延層，比如MESFET等結構外延材料。而由于首先進行的P型或者N型摻雜外延會形成一定的背景記憶效應，導致隨后進行的N型或者P型摻雜外延界面模糊。

因此，亟待解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種可有效地減少背景記憶效應，形成摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法。

技術方案：為實現以上目的，本發明所述的一種生長摻雜界面清晰的碳化硅外延薄膜的制備方法，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，控制硅源和碳源的流量比，即碳硅比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，控制硅源和碳源的流量比，即碳硅比1.5～1.8，生長時間為1-6min，生長極薄外延層；本發明步驟5中以低碳硅比所生長P型或者以高碳硅比所生長N型的極薄碳化硅外延層可去除步驟4中的摻雜殘留。