[發明專利]抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法、碳化硅外延片

有效

• 申請號: 202210413855.1
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114520143B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 王蓉;皮孝東;邵秦秦;李佳君;劉小平;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學杭州國際科創中心
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/04
• 代理公司: 杭州五洲普華專利代理事務所(特殊普通合伙) 33260
• 代理人: 姚宇吉

1.一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，包括：

提供碳化硅襯底，所述碳化硅襯底含有基平面位錯；

通過化學氣相沉積法在所述碳化硅襯底表面形成碳化硅外延層，化學氣相沉積法的反應氣體包括生長氣源和摻雜鍺源氣體，通過調整生長氣源與摻雜鍺源氣體的比例，從而改變碳化硅薄膜中的鍺雜質含量，并使得所述鍺雜質替代碳化硅外延層中形成的不全位錯核心處Si原子，使鍺雜質釘扎Si核心不全位錯；

其中，在通過化學氣相沉積法在所述碳化硅襯底表面形成碳化硅外延層的過程中，碳化硅襯底的基平面位錯會遺傳或復制到外延層中，并發生分界形成兩個不全位錯夾帶一片層錯的結構，不全位錯的劃移/擴展引起載流子壽命的降低，導致正向壓降增加，而鍺雜質在形成的碳化硅外延層中會替代Si，形成電中性的替代位缺陷，由于Si核心處的結構畸變，鍺雜質替代Si核心不全位錯處的Si原子，且鍺的晶格大于Si的晶格，通過將鍺雜質釘扎基平面位錯中Si核心不全位錯，抑制Si核心不全位錯的滑移，以抑制碳化硅基雙極型器件的雙極型退化。

2.根據權利要求1所述的一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，化學氣相沉積法形成碳化硅外延層的具體工藝包括：

將化學氣相沉積裝置中的反應腔室抽真空至5mbar-10mbar，在反應腔室內充入載氣，將反應腔室氣壓穩定在50mbar-200mbar；將反應腔室加熱至1500℃-1700℃；保持溫度及壓力恒定，通入生長氣源和摻雜鍺源氣體，進行碳化硅外延層的生長，所述碳化硅外延層內摻雜有鍺。

3.根據權利要求2所述的一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，所述載氣為氫氣或氬氣，所述生長氣源包括硅源和碳源，所述硅源為硅烷、三氯氫硅、二氯氫硅或甲基硅烷，所述碳源為甲烷、乙烯或丙烷。

4.根據權利要求2所述的一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，在碳化硅外延層形成過程中，引入N雜質作為n型摻雜劑進行摻雜。

5.根據權利要求2所述的一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，在碳化硅外延層形成過程中，引入Al雜質作為p型摻雜劑進行摻雜。

6.根據權利要求2所述的一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，所述摻雜鍺源氣體為鍺烷、甲基鍺三氯、二氯氫鍺或氯化鍺。

7.根據權利要求1所述的一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，所述碳化硅外延層內摻雜的鍺雜質濃度在10¹²-10¹⁸cm^-3范圍。

8.根據權利要求1所述的一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，所述碳化硅外延層的厚度范圍為3μm-300μm。

9.根據權利要求1所述的一種抑制雙極型退化的碳化硅薄膜外延方法，其特征在于，所述碳化硅襯底和碳化硅外延層的晶型為4H-SiC。

10.一種碳化硅外延片，其特征在于，包括碳化硅襯底，所述碳化硅襯底含有基平面位錯；位于所述碳化硅襯底表面的碳化硅外延層，所述碳化硅外延層含有鍺雜質，所述鍺雜質替代碳化硅外延層中形成的不全位錯核心處Si原子，使鍺雜質釘扎Si核心不全位錯。