[發明專利]一種含超級結的3C-SiC外延結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202010450746.8
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111477542A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 左萬勝;鈕應喜;喬慶楠;劉洋;張曉洪;劉錦錦;袁松;史田超;史文華;鐘敏
• 申請（專利權）人: 蕪湖啟迪半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;H01L29/06
• 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

本發明公開了一種含超級結的3C?SiC外延結構及其制備方法，所述制備方法包括以下步驟：在襯底上生長N型外延層；由N型外延層的表面向下刻蝕溝槽；向溝槽內填充P型外延層；CMP拋光，拋去在填充的過程中臺面頂部過生長的外延層，直至得到表面光滑的N型、P型交替的外延層表面；在表面光滑的N型、P型交替的外延層表面上生長3C?SiC外延層。本發明通過在3C?SiC外延層之下設置超級結結構，補償了3C?SiC器件耐壓低的劣勢。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種含超級結的3C-SiC外延結構及其制備方法。

背景技術

SiC作為第三代寬禁帶半導體材料的典型代表，具有寬禁帶寬度、高臨界擊穿場強、高熱導率及高載流子飽和速率等特性。上述材料優勢使得SiC功率半導體器件在新能源汽車、軌道交通、光伏、智能電網等中高耐壓等級應用領域具有廣闊的發展前景。

SiC的一個顯著特點是具有多種同質異型體，SiC的晶體結構按對稱性可分為三大類型：立方、六方和菱形。4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC、15R-SiC等晶型是SiC眾多同質異晶型結構中常見的幾種。在SiC的同質異型體中，3C-SiC是唯一具有閃鋅礦結構的半導體，稱為β-SiC。而具有六方或菱形結構的同質異晶型，如：4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC，稱為α-SiC。

目前4H-SiC器件已經廣泛應用于電動汽車領域，然而3C-SiC材料的潛力尚未挖掘。對比3C-SiC和4H-SiC材料特性，3C-SiC飽和電子漂移速度(2.5×10⁷cm/s)是4H-SiC(2.0×10⁷cm/s)的1.25倍，電子遷移率(1000cm²/V·s)比4H-SiC(947cm²/V·s)高，熱導率(5W/cm·℃)比4H-SiC(4.9W/cm·℃)高，較高的飽和電子漂移速度和遷移率決定了3C-SiC器件具有優良的微波特性，高的熱導率有利于器件散熱，這使得3C-SiC在高溫高頻場效應晶體管器件方面具有廣泛的應用前景。

但3C-SiC的禁帶寬度(2.3eV)比4H-SiC(3.2eV)低0.9eV，臨界擊穿場強(2.1MV/cm)比4H-SiC(3.2MV/cm)低1.1eV。較低的禁帶寬度意味著3C-SiC在相同的輻照條件下產生更多的電子空穴對，當本征激發所產生的載流子濃度超過摻雜濃度時，會導致半導體器件的失效。較低的臨界擊穿場強意味著對于擊穿電壓相同的器件，3C-SiC器件所需的耗盡區寬度更寬，摻雜區的摻雜濃度更低，以阻斷高壓，從而導致器件的導通電阻大幅度的增加。其中，功率半導體器件的理論阻斷電壓和比導通電阻之間存在一維極限關系：Ron,sp∝BV^2.3～2.5。而3C-SiC臨界擊穿場強較低，限制了其在高壓領域的應用。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種含超級結的3C-SiC外延結構及其制備方法，通過在3C-SiC外延層之下設置超級結結構，補償了3C-SiC器件耐壓低的劣勢。

并進一步在向溝槽內填充P型外延層之前，在溝槽內續長了本征4H-SiC緩沖層，以緩解晶格失配，提高晶體質量。

并在3C-SiC外延層生長之前，在表面光滑的N型、P型交替的外延層表面上進行了圖形化處理，以生長缺陷較少的3C-SiC薄膜，抑制界面缺陷向薄膜內傳播，獲得表面平整的3C-SiC薄膜。

本發明采取的技術方案為：

一種含超級結的3C-SiC外延結構制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)在襯底上生長N型外延層；

(2)由N型外延層的表面向下刻蝕溝槽；

(3)向溝槽內填充P型外延層；