[發明專利]基于Al-N共摻的SiC外延結構及其制備方法

有效

• 申請號: 202110339341.1
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113078205B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 鈕應喜;左萬勝;王敬;單衛平;朱明蘭;張曉洪;袁松;史田超;胡新星;仇成功;史文華
• 申請（專利權）人: 安徽長飛先進半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/16;H01L21/04;H01L21/223
• 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

本發明公開了一種基于Al?N共摻的SiC外延結構及其制備方法，所述基于Al?N共摻的SiC外延結構由下至上依次包括：襯底、Al?N共摻層一、Al?N共摻層二、Al?N共摻層三、N型摻雜層一、Al?N共摻層四、Al?N共摻層五、N型摻雜層二、漂移層；各層的生長均是在1580～1680℃溫度和50～500mbar壓力下流通原料氣體和摻雜氣體進行的；在襯底與N型摻雜層一之間插入了三層Al?N共摻層，在N型摻雜層一與N型摻雜層二之間插入了兩層Al?N共摻層，從而提高從基面位錯向穿透刃型位錯的轉換效率，抑制了在形成器件的漂移層中存在基面位錯，并降低堆垛層錯密度。

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種基于Al-N共摻的SiC外延結構及其制備方法。

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。

在SiC外延材料生長過程中，襯底上的缺陷會向外延層中復制，在這些缺陷當中，基面位錯(Basal?plane?dislocation：BPD)被認為是致命性缺陷，雖然襯底中大部分BPD位錯在外延過程中會轉化為TED位錯，對于4°偏角襯底，轉化效率達99％以上，但仍然會有1％左右的BPD會貫穿到外延層中并達到外延層表面。

在后續器件制造中，BPD主要影響雙極型器件的穩定性，如出現雙極型衰退現象。在向器件施加正向電流時少數載流子到達基面位錯，基面位錯發生擴展而成為高電阻的堆垛層錯。當在器件內產生高電阻部時，器件的可靠性降低。

目前提高BPD轉化TED的方法主要有：高C/Si生長工藝，低偏角度襯底，原位生長中斷，熔融KOH腐蝕襯底等方法；但高C/Si生長工藝會提高三角形缺陷的密度，低偏晶軸襯底會在生長過程中引入3C-SiC雜晶，原位生長中斷會延伸反應時間，熔融KOH腐蝕襯底再生長重復性較差。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于Al-N共摻的SiC外延結構，在襯底與N型摻雜層一之間插入了三層Al-N共摻層，在N型摻雜層一與N型摻雜層二之間插入了兩層Al-N共摻層，從而提高從基面位錯向穿透刃型位錯的轉換效率，抑制了在形成器件的漂移層中存在基面位錯的情況。當相鄰的Al-N共摻層之間的載流子濃度差大時，在層間容易產生從基面位錯向穿透刃型位錯的轉換，降低堆垛層錯密度。

本發明還提供了一種基于Al-N共摻的SiC外延結構的制備方法，在1580～1680℃溫度和50～500mbar壓力下流通原料氣體和摻雜氣體，依次在襯底上生長Al-N共摻層一、Al-N共摻層二、Al-N共摻層三、N型摻雜層一、Al-N共摻層四、Al-N共摻層五、N型摻雜層二、漂移層，通過優化N型摻雜劑和P型摻雜劑的流量，可以得到Al-N共摻SiC晶格常數與本征SiC晶格常數一致。

本發明采取的技術方案為：

基于Al-N共摻的SiC外延結構，由下至上依次包括：襯底、Al-N共摻層一、Al-N共摻層二、Al-N共摻層三、N型摻雜層一、Al-N共摻層四、Al-N共摻層五、N型摻雜層二、漂移層。

進一步地，所述Al-N共摻層一、Al-N共摻層二、Al-N共摻層三、Al-N共摻層四、Al-N共摻層五的厚度均為10～20nm。相鄰的Al-N共摻層之間會因為濃度差產生失配應力，厚度越厚，弛豫會變大；但厚度小于10nm，界面因濃度差導致的失配應力，界面較粗糙，因此，本發明控制各Al-N共摻層的厚度為10～20nm。

進一步地，所述Al-N共摻層一、Al-N共摻層二中的N的摻雜濃度相同；所述Al-N共摻層一中Al的摻雜濃度低于所述Al-N共摻層二中Al的摻雜濃度。

進一步地，所述Al-N共摻層二、Al-N共摻層三中的Al的摻雜濃度相同；所述Al-N共摻層二中N的摻雜濃度高于所述Al-N共摻層三中N的摻雜濃度。