[發明專利]一種碳化硅外延生長的控制方法及碳化硅外延片

有效

• 申請號: 202011344467.X
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112466745B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 黃海林;馮淦;趙建輝
• 申請（專利權）人: 瀚天天成電子科技（廈門）有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/04
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 劉小勤

本發明涉及一種碳化硅外延生長的控制方法及碳化硅外延片，所述控制方法包括：將碳化硅襯底放入充滿氫氣的反應室，進行刻蝕；對反應室加熱通入生長源，進行第一外延生長；停止通入氫氣，將反應室內的剩余氣體排出反應室，只向反應室通入惰性氣體以置換剩余氣體，同時降低反應室的壓力為第一壓力，在惰性氣體通入過程中對外延生長控制參數進行調整；參數調整完畢后將反應室內的惰性氣體置換為氫氣，并升高反應室的壓力至第二壓力進行第二外延生長；降低溫度并恢復到初始壓力，獲得碳化硅外延片。采用上述方法可以獲得不同摻雜類型、不同摻雜濃度的連續P型外延層或N型外延層，同時可以減少了外延片表面凹坑的產生，提高外延片的質量。

技術領域

本發明涉及半導體材料制備技術領域，尤其是一種碳化硅外延生長的控制方法及碳化硅外延片。

背景技術

碳化硅(SiC)作為第三代半導體材料的典型代表，具有優異的物理、化學和電學性能。其臨界擊穿場強是硅的十倍，熱傳導率為硅的三倍，并具有高于硅兩倍的電子飽和遷移速率，使其成為高溫、高頻、抗輻照、大功率應用場合下極為理想的半導體材料。同時，SiC也是目前晶體生長技術和器件制造水平最成熟、應用最廣泛的寬禁帶半導體材料之一。2001年德國Infineon公司率先將SiC肖特基二極管投入市場，取代現有的600伏級別的硅(Si)基PiN二極管。近年來，SiC功率器件商品化的步伐逐步加大。2011年美國Cree公司成功地將SiC的MOSFET器件投入市場。業內預計，在未來3-5年內，必將有更多的企業向市場推出更多種類型的SiC功率器件。這也意味著全球對SiC材料的需求將迎來一個并噴。

碳化硅外延層包括P型和N型，P型與N型SiC的區別主要在于其導電類型的不同：P型SiC的導電類型為空穴導電，三甲基鋁(TMA)則常被用作P型SiC外延生長的摻雜劑；N型SiC的導電類型為電子導電，氮氣(N₂)則常被用作P型SiC外延生長的摻雜劑。由于P型碳化硅外延層是制作MOSFET器件最為不可或缺的結構層，因此得到外延生長出摻雜濃度符合設計要求，不同摻雜層界面清晰的P型外延層就顯得尤為重要。同時，由于P型SiC摻雜記憶效應的存在，即在進行高摻P型SiC外延生長后，將導致CVD爐內背景濃度偏高，無法直接繼續進行低摻P型SiC外延生長。目前已知的降低P型SiC摻雜記憶效應的方法中，均為進行高摻P型外延生長后，以繼續生長N型SiC的方式達到降低P型SiC摻雜記憶效應的效果，無法實現高摻P型外延生長后繼續進行低摻P型外延生長。

專利申請CN111005068A公開了一種生長高表面質量超厚IGBT結構碳化硅外延材料的方法。該方法首先生長高摻P型外延層，而后進行化學機械拋光(CMP)處理表面，再進行原位刻蝕進一步處理損傷層，然后生長超厚N型外延層。具體包括以下步驟：步驟一，將SiC襯底放置于碳化硅化學氣相沉積設備的反應室；步驟二，反應室逐漸達到設定壓力和氫氣流量，在氫氣流中反應室快速升溫至生長溫度，設置生長條件，通入相應生長源生長IGBT結構的高摻P型厚層；步驟三，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，取出碳化硅外延片，對外延片進行化學機械拋光處理，減少甚至消除表面臺階聚束；步驟四，將化學機械拋光處理后的外延片放入反應室，反應室逐漸達到設定壓力和氣體流量，在氫氣流中反應室快速升溫至刻蝕溫度進行原位刻蝕處理，進一步去除化學機械拋光處理引入的亞損傷層；步驟五，設置生長條件，通入相應生長源生長IGBT結構的低摻N型超厚層；步驟六，生長IGBT結構的低摻N型超厚層過程中可以在預定厚度中斷生長，重復步驟三至步驟五，繼續生長低摻N型超厚層，直到得到目標產物。該方法不能獲得高摻P型外延層與低摻P型外延層結合的外延薄膜。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的碳化硅外延生長不能保持一定的晶體型態，提供一種碳化硅外延生長的控制方法，適用于具有不同摻雜濃度的P型SiC外延層的連續高速生長工藝。

本發明通過使用惰性氣體作為切換過程中的過渡氣體，可以實現良好摻雜界面的生長，并打破傳統P型外延層之上只能生長N型碳化硅的限制，獲得碳化硅外延片包括相鄰的第一外延層和第二外延層，并且所述第一外延層和所述第二外延層皆為P型碳化硅或N型碳化硅。