本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備，尤其涉及一種提升碳化硅外延摻雜濃度穩(wěn)定性的生長(zhǎng)方法及外延片。

背景技術(shù)：

1、4h-sic作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，與傳統(tǒng)的si和gaas材料相比，在熱導(dǎo)率、臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)、工作溫度、飽和電子漂移速度等方面具有非常優(yōu)異的材料特性。sic具備獨(dú)特的穩(wěn)定性、適用性和突出的性能，切合節(jié)能減排、智能制造、信息安全等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，被視為支撐新一代新能源汽車、高速軌道列車、高壓電網(wǎng)、光伏等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)核心材料之一，已成為全球半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。

2、幾乎所有的sic器件均在外延材料上實(shí)現(xiàn)，高質(zhì)量的4h-sic同質(zhì)外延材料是sic器件研制的基礎(chǔ)，外延材料的性能直接決定了sic器件性能的實(shí)現(xiàn)。大電流、高可靠性sic器件對(duì)外延材料的表面形貌、缺陷密度以及摻雜和厚度均勻性等方面提出了更苛刻的要求。大尺寸、低缺陷密度和高均勻性的sic外延材料已成為sic電力電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。如何更好的控制外延層的摻雜濃度穩(wěn)定性對(duì)于sic功率器件的性能至關(guān)重要，它直接決定了后續(xù)器件的導(dǎo)通電阻、阻斷電壓等重要的電學(xué)參數(shù)。此外，由于sic外延過(guò)程的特殊性，腔體和石墨件的自摻雜效應(yīng)會(huì)隨著外延厚度的累積，影響摻雜濃度參數(shù)和均勻性的穩(wěn)定性，如何更好的控制sic外延層摻雜濃度穩(wěn)定性對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)和提升外延片質(zhì)量也至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)摻雜濃度穩(wěn)定性較差、調(diào)試成本較高、生產(chǎn)效率偏低的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種提升碳化硅外延摻雜濃度穩(wěn)定性的生長(zhǎng)方法及外延片，通過(guò)該方法可以控制碳化硅外延片摻雜濃度穩(wěn)定性，從而提升外延片參數(shù)質(zhì)量，提升碳化硅器件片良率，并且減少了調(diào)試和驗(yàn)證的成本，保障了外延生產(chǎn)的連續(xù)性，大幅提升單機(jī)臺(tái)的產(chǎn)出效率。

2、技術(shù)方案：為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用一種提升碳化硅外延摻雜濃度穩(wěn)定性的生長(zhǎng)方法，包括以下步驟：

3、s1、對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行抽高真空和低溫烘烤處理；

4、s2、將襯底傳送至反應(yīng)腔內(nèi)，對(duì)反應(yīng)腔升溫降壓，向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣；

5、s3、向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣及hcl氣體，對(duì)碳化硅襯底進(jìn)行原位刻蝕；

6、s4、向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣及碳源，調(diào)整反應(yīng)腔溫度至外延溫度；

7、s5、向反應(yīng)腔內(nèi)通入硅源、碳源、氫氣及摻雜源氨氣，進(jìn)行緩沖層生長(zhǎng)；

8、s6、提升硅源、碳源、氫氣及摻雜源氨氣通入量，調(diào)整碳硅比，進(jìn)行主外延層生長(zhǎng)；

9、s7、向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，進(jìn)行低溫烘烤、刻蝕；

10、s8、外延生長(zhǎng)完成后，關(guān)閉反應(yīng)氣體，降溫升壓，取出碳化硅外延片。

11、進(jìn)一步的，步驟s1中，先將反應(yīng)腔壓力控制在1e-5-1e-4mbar，反應(yīng)腔內(nèi)的目標(biāo)溫度為1100-1400℃，到達(dá)目標(biāo)溫度后，維持1-3小時(shí)，再將反應(yīng)腔溫度恢復(fù)至900℃，壓力恢復(fù)至1000mbar，并通入氣浮氬氣和氫氣。

12、進(jìn)一步的，步驟s2中，將反應(yīng)腔溫度升至1630-1700℃，反應(yīng)腔壓力降至80-150mbar，氫氣流量為100-160slm，氣浮氬氣流量為1.8-2.5slm，爬坡時(shí)間為5-10mins，保持氣體穩(wěn)定通入2-4mins。

13、進(jìn)一步的，步驟s3中，氫氣流量為100-160slm，hcl氣體流量為120-220sccm，刻蝕時(shí)間4-8mins。

14、進(jìn)一步的，步驟s4中，反應(yīng)腔溫度設(shè)為1600-1650℃，且步驟s4的反應(yīng)腔溫度低于步驟s2，降溫時(shí)間2-4mins；氫氣流量為100-160slm，碳源氣體流量為200-300sccm，保持氣體穩(wěn)定通入2-4mins。

15、進(jìn)一步的，步驟s5中，硅源管路壓力為1500-2500mbar，硅源管路溫度為30-60℃，硅源氣體載氫流量為100-200sccm；碳源氣體流量為50-100sccm，氫氣流量為800-1600sccm，該氫氣用于稀釋摻雜源氨氣；氨氣管路壓力為1500-2500mbar，氨氣管路溫度為60-100℃，氨氣流量為80-150sccm，氨氣濃度為3000-6000ppm；反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)c/si比為0.5-0.7，保持氣體穩(wěn)定通入2-5min。

16、進(jìn)一步的，步驟s6中，提升硅源氣體流量至600-800sccm，提升碳源氣體流量至300-400sccm，提升氫氣流量至1200-2200sccm，提升氨氣流量至300-800sccm，爬坡時(shí)間為1-3mins，反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)c/si比為0.9-1.1。

17、進(jìn)一步的，步驟s7中，氫氣流量為20-60slm，反應(yīng)腔溫度為1350-1400℃，保持氣體穩(wěn)定通入1-3mins。

18、進(jìn)一步的，所述硅源為三氯氫硅，所述碳源為乙烯。

19、本發(fā)明還提供所述提升碳化硅外延摻雜濃度穩(wěn)定性的生長(zhǎng)方法制得的外延片。

20、有益效果：本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，其顯著優(yōu)點(diǎn)是(1)在外延生長(zhǎng)前進(jìn)行乙烯氣體的預(yù)通入，使得腔室內(nèi)處于富碳環(huán)境，由于外延生長(zhǎng)過(guò)程中氮原子和碳原子競(jìng)爭(zhēng)格點(diǎn)位置，在富碳環(huán)境下，可以降低氮原子的摻雜效率，從而提升外延摻雜濃度的穩(wěn)定性；(2)通過(guò)在外延生長(zhǎng)前后對(duì)腔室進(jìn)行抽真空、低溫烘烤等處理，可以有效降低腔體和石墨件的雜質(zhì)含量，降低腔室內(nèi)的背景摻雜水平，有利于外延過(guò)程中摻雜濃度穩(wěn)定性的控制；(3)摻雜源使用特定濃度的氨氣替代氮?dú)猓冒睔饣顫姷睦砘匦?，通過(guò)特定比例的稀釋后進(jìn)行外延摻雜，可實(shí)現(xiàn)摻雜濃度均勻性較優(yōu)且趨勢(shì)穩(wěn)定；(4)與現(xiàn)有工藝相比，本發(fā)明還降低了調(diào)試成本，大幅提升產(chǎn)出效率。

技術(shù)特征：

1.一種提升碳化硅外延摻雜濃度穩(wěn)定性的生長(zhǎng)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于，步驟s1中，先將反應(yīng)腔壓力控制在1e-5-1e-4mbar，反應(yīng)腔內(nèi)的目標(biāo)溫度為1100-1400℃，到達(dá)目標(biāo)溫度后，維持1-3小時(shí)，再將反應(yīng)腔溫度恢復(fù)至900℃，壓力恢復(fù)至1000mbar，并通入氣浮氬氣和氫氣。

3.如權(quán)利要求2所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于，步驟s2中，將反應(yīng)腔溫度升至1630-1700℃，反應(yīng)腔壓力降至80-150mbar，氫氣流量為100-160slm，氣浮氬氣流量為1.8-2.5slm，爬坡時(shí)間為5-10mins，保持氣體穩(wěn)定通入2-4mins。

4.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于，步驟s3中，氫氣流量為100-160slm，hcl氣體流量為120-220sccm，刻蝕時(shí)間4-8mins。

5.如權(quán)利要求1或3所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于，步驟s4中，反應(yīng)腔溫度設(shè)為1600-1650℃，且步驟s4的反應(yīng)腔溫度低于步驟s2，降溫時(shí)間2-4mins；氫氣流量為100-160slm，碳源氣體流量為200-300sccm，保持氣體穩(wěn)定通入2-4mins。

6.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于，步驟s5中，硅源管路壓力為1500-2500mbar，硅源管路溫度為30-60℃，硅源氣體載氫流量為100-200sccm；碳源氣體流量為50-100sccm，氫氣流量為800-1600sccm，該氫氣用于稀釋摻雜源氨氣；氨氣管路壓力為1500-2500mbar，氨氣管路溫度為60-100℃，氨氣流量為80-150sccm，氨氣濃度為3000-6000ppm；反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)c/si比為0.5-0.7，保持氣體穩(wěn)定通入2-5min。

7.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于，步驟s6中，提升硅源氣體流量至600-800sccm，提升碳源氣體流量至300-400sccm，提升氫氣流量至1200-2200sccm，提升氨氣流量至300-800sccm，爬坡時(shí)間為1-3mins，反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)c/si比為0.9-1.1。

8.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于，步驟s7中，氫氣流量為20-60slm，反應(yīng)腔溫度為1350-1400℃，保持氣體穩(wěn)定通入1-3mins。

9.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)方法，其特征在于，所述硅源為三氯氫硅，所述碳源為乙烯。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述提升碳化硅外延摻雜濃度穩(wěn)定性的生長(zhǎng)方法制得的外延片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種提升碳化硅外延摻雜濃度穩(wěn)定性的生長(zhǎng)方法及外延片，所述生長(zhǎng)方法包括以下步驟：S1、對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行抽高真空和低溫烘烤處理；S2、將襯底傳送至反應(yīng)腔內(nèi)，對(duì)反應(yīng)腔升溫降壓，向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣；S3、向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣及HCl氣體，對(duì)碳化硅襯底進(jìn)行原位刻蝕；S4、向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣及碳源，調(diào)整反應(yīng)腔溫度至外延溫度；S5、向反應(yīng)腔內(nèi)通入硅源、碳源、氫氣及摻雜源氨氣，進(jìn)行緩沖層生長(zhǎng)；S6、提升硅源、碳源、氫氣及摻雜源氨氣通入量，調(diào)整碳硅比，進(jìn)行主外延層生長(zhǎng)；S7、向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，進(jìn)行低溫烘烤、刻蝕；S8、外延生長(zhǎng)完成后，關(guān)閉反應(yīng)氣體，降溫升壓，取出碳化硅外延片。

技術(shù)研發(fā)人員：韓旭,鄧雪華,王銀海,尤曉杰,馬夢(mèng)杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京國(guó)盛電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2