[發(fā)明專利]一種C面SiC外延結(jié)構(gòu)及外延溝槽的填充方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110339323.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN113078050B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左萬勝;鈕應(yīng)喜;單衛(wèi)平;朱明蘭;張曉洪;胡新星;仇成功;袁松;史田超;史文華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽長飛先進(jìn)半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/04
• 分類號(hào): H01L21/04;H01L29/04;H01L29/06;H01L29/16;H01L21/67
• 代理公司: 蕪湖安匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本發(fā)明公開了一種C面SiC外延結(jié)構(gòu)及外延溝槽的填充方法，包括以下步驟：對(duì)正軸C面4H?SiC襯底進(jìn)行刻蝕、在正軸C面4H?SiC襯底上生長N型4H?SiC緩沖層、在4H?SiC緩沖層上生長N型4H?SiC外延層、由N型4H?SiC外延層的表面向下刻蝕溝槽、通入含氯的硅源氣體、碳源、HCl和B₂H₆、H₂，于1700～1800℃溫度和10～50mbar壓力下填滿溝槽、拋光，拋去N型4H?SiC外延層表面過生長的4H?SiC，得到上表面光滑的交替排列的p型和n形區(qū)域；本發(fā)明提供的C面SiC外延溝槽的填充方法降低了BPD密度和臺(tái)階聚集缺陷的發(fā)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種C面SiC外延結(jié)構(gòu)及外延溝槽的填充方法。

背景技術(shù)

SiC作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，具有寬禁帶寬度、高臨界擊穿場強(qiáng)、高熱導(dǎo)率及高載流子飽和速率等特性。

SiC器件優(yōu)化進(jìn)步的重要方向之一是不斷降低器件的比導(dǎo)通電阻。而超級(jí)結(jié)技術(shù)毫無疑問是降低漂移區(qū)比導(dǎo)通電阻的最有效手段。超級(jí)結(jié)技術(shù)是一種通過采用交替的P型摻雜區(qū)域和N型摻雜區(qū)域結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)電荷補(bǔ)償并作為耐壓層，以同時(shí)得到低比導(dǎo)通電阻和高耐壓能力的技術(shù)。理論上已經(jīng)證明超級(jí)結(jié)器件可以將半導(dǎo)體材料導(dǎo)通電阻與器件耐壓能力理論極限的Ron,sp∝BV^2.3～2.5降低到Ron,sp∝BV^1.32。

SiC外延材料是器件制備的基礎(chǔ)，基于Si面SiC外延生長通過競位原理可實(shí)現(xiàn)低的背景摻雜，Si面襯底得到廣泛使用，目前SiC溝槽填充都在Si面進(jìn)行。在Si面外延生長過程中，由于Si面低的表面擴(kuò)散長度，導(dǎo)致Si面容易出現(xiàn)3C-SiC雜晶問題，為解決該問題，1987年Matsunami等人提出在具有偏角襯底進(jìn)行上進(jìn)行同質(zhì)外延生長。襯底偏角的意義在于在襯底表面引入臺(tái)階，吸附的原子在襯底表面擴(kuò)散，最終在能量較低的臺(tái)階或扭折處并入晶格，晶體會(huì)沿著臺(tái)階向前推進(jìn)，使得外延的材料能夠有效的繼承襯底的堆垛序列，偏角越大引入的臺(tái)階密度便越高，就越有利于外延生長在臺(tái)階流的生長方法中。

目前SiC外延生長普遍采用的是偏[11-20]晶向4°或者8°Si面襯底，偏角越大，臺(tái)階密度越高，外延層表面形貌越好，然而BPD的burgers矢量為1/3[11-20]，偏角越大，襯底上的BPD越容易貫穿到外延層中，同時(shí)也帶來成本的上升。BPD對(duì)器件有著嚴(yán)重的危害，當(dāng)少數(shù)載流子到達(dá)BPD擴(kuò)展為高電阻的堆垛層錯(cuò)，增大器件的導(dǎo)通電阻，使SiC器件性能劣化。此外，Si面的表面自由能較高為2220J/cm²，根據(jù)吉布斯自由能原理，體系總是自發(fā)的向自由能減小的方向運(yùn)動(dòng)，在外延生長時(shí)容易以形成突起和凹坑的方式釋放表面自由能，Si面較容易出現(xiàn)臺(tái)階聚集。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種C面SiC外延結(jié)構(gòu)及外延溝槽的填充方法。C面較Si面有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，C面上表面擴(kuò)散長度值比Si面長一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，在C面可以在幾乎正軸襯底上生長得到無3C-夾雜的SiC表面。其次，C面的表面自由能為300J/cm²，較S面的表面自由能較高為2220J/cm²低很多，C面生長外延表面較光滑，不易出現(xiàn)臺(tái)階聚集。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種C面SiC外延溝槽的填充方法，所述方法包括以下步驟：

(1)對(duì)正軸C面4H-SiC襯底進(jìn)行刻蝕；

(2)在正軸C面4H-SiC襯底上生長N型4H-SiC緩沖層；

(3)在4H-SiC緩沖層上生長N型4H-SiC外延層；

(4)由N型4H-SiC外延層的表面向下刻蝕溝槽；