[發明專利]一種P型SiC外延及其生長方法

有效

• 申請號: 202010095671.6
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111293037B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 左萬勝;鈕應喜;劉錦錦;張曉洪;袁松;史天超;史文華;鐘敏
• 申請（專利權）人: 啟迪微電子（蕪湖）有限公司;安徽長飛先進半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本發明公開了一種P型SiC外延及其生長方法，在P型外延層生長時使用銦源作為外延反應腔氣體，提高Al并入晶格的幾率，增加P型摻雜濃度和摻雜效率，同時In原子半徑較大，In?C鍵較長，在H₂這種還原性氣氛條件下其不能并入SiC晶格中，不會使晶格產生畸變。通過這種方法制備得到的P型SiC外延晶片在具備厚外延的同時，具有較低的導通電阻。

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種P型SiC外延及其生長方法。

背景技術

以SiC材料為代表的第三代寬帶隙半導體材料具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子飽和漂移等特點，特別適合制作高溫、高壓、高頻、大功率、抗輻照等半導體器件。

SiC功率器件所用外延材料一般由多層外延層組成，部分器件結構，如IGBT、PiN結構包含n、p兩種不同摻雜類型的外延層。

在外延生長SiC材料時，需要添加控制電特性的摻雜劑。近些年來，n型SiC外延技術取得了很大的進展，無論在抑制缺陷還是均勻性調控方面，外延技術都取得了突破，但p型SiC外延技術則遠不如n型SiC外延技術成熟。

Al是SiC的有效p型摻雜劑，與作為n型SiC的摻雜劑N相比，其離化能大，活性化率低。Al摻入SiC，在SiC中占據Si晶位，因此存在Al雜質原子與Si原子的競爭機制。在超過10kV的高耐壓的SiC雙極器件中，亟需研究厚外延層的p型4H-SiC材料，這樣其可具有較低的導通電阻，導通電阻R_on與摻雜濃度N_D關系為R_on＝W_D/qμ_nN_D，WD為漂移區厚度，μ_n為電子遷移率。

采用傳統的SiH₄-C₃H₈-H₂非Cl基氣體體系生長p型外延層，雖然具有較高的p型摻雜效率，但長速較低，最高長速只有8μm/h，對于生長厚SiC外延層效率較低，成本較高，若為了提高生長速度而增加SiH₄氣體的供給量，則容易產生因Si均相成核引起的Si滴缺陷。

為了抑制上述缺陷的產生，一般通過添加HCl或使用含Cl的硅源，即采用含Cl基氣體體系。在反應室里，Cl與Si發生化學反應生成SiCl₄氣體，能很好的抑制了Si滴缺陷的產生。但在含Cl基氣體體系外延生長過程中，由于Al在生長表面的原子遷移率較低，Al未及時并入晶格，在高溫下與Cl原子形成AlCl₃，降低了Al原子并入SiC晶格的幾率，從而降低了P型摻雜效率和摻雜濃度，增加了導通電阻。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種P型SiC外延及其生長方法，具體為P型4H-SiC外延及其生長方法，在P型外延層生長時使用銦源作為外延反應腔氣體，提高Al并入晶格的幾率，增加P型摻雜濃度和摻雜效率。同時In原子半徑較大，In-C鍵較長，在H₂這種還原性氣氛條件下其不能并入SiC晶格中，不會使晶格產生畸變。通過這種方法制備得到的P型SiC外延晶片在具備厚外延的同時，具有較高P型摻雜濃度，從而獲得較低的導通電阻。

本發明采取的技術方案為：

一種P型SiC外延的生長方法，包括以下步驟：

(1)在外延反應腔內對SiC襯底表面進行原位刻蝕；

(2)生長緩沖層；

(3)向外延反應腔內通入含有H₂、含氯的硅源氣體、碳源、Al摻雜劑和銦源的外延反應腔氣體，以生長P型外延層。

進一步地，所述步驟(2)和(3)之間還包括N型外延層生長的步驟。