一種n型低偏角碳化硅外延片的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體材料的制備方法，具體涉及一種N型低偏角碳化硅外延片的制備方法。
【背景技術】
[0002]碳化硅化學惰性好，耐高溫，抗輻射，在大功率電力電子領域具有巨大的應用潛力。碳化硅為一種同質多種結晶形態的材料，已經發現的晶態形式超過了 250種。在眾多的SiC多型體中，4H-SiC以其禁帶寬度大(3.26eV)、迀移率高(900cm2/Vs)和各向異性比較小等優越性能被認為更適合于制造大功率高反壓電子器件。
[0003]目前SiC的8°和4°偏角外延生長“臺階控制外延”技術，其本質就是原子臺階的流動。該技術不但有效控制了 SiC的晶型，也降低了 SiC的外延生長溫度，于1500°C下生長出表面光亮的SiC外延材料，使外延生長溫度降低了近300°C，達到了降低成本的目的。
[0004]隨著SiC襯底晶片直徑的增大，從2英寸發展到3英寸和4英寸，乃至6英寸，偏晶向角度的大小對于SiC成本降低非常重要，因為角度越大，從一根SiC晶錠能夠得到的晶片數量就越少。而且從SiC外延的角度來說，偏晶向角度的大小對外延材料的質量也有很大影響。
[0005]根據晶片尺寸的發展現狀，人們越來越關注低偏角晶向襯底上SiC的外延生長，而根據文獻報道，碳化硅低偏角外延生長的表面粗糙度難以控制，另外對于高電壓電力電子器件來言，又需要超厚碳化硅外延層。因此，生長低偏角的超厚外延層需要解決的難題就是在降低缺陷的同時，控制外延片的表面形貌。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明的目的是提供一種N型低偏角碳化硅外延的制備方法，能夠降低基面位錯密度，減少腔體內沉積物，并且有效減少臺階聚集，降低表面粗糙度。
[0007]為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案:
[0008]一種N型低偏角碳化硅外延片的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)在線刻蝕襯底:放置偏角<8°的碳化硅襯底于反應室內，抽真空，分別以40?80L/min和5?10L/min的流量通入!12和HCl，于20_60mbar壓力和1510?1710°C溫度下刻蝕5?20min ；
[0010]2)緩沖層的生長:停止通入HC1，分別以6?10mL/min、3?5mL/min和1500?1800mL/min的流量通入生長硅源、生長碳源和N2摻雜劑，于1500?1680°C溫度和20?10mbar壓力下生長0.2?5 μ m厚的緩沖層；
[0011]3)外延層的生長
[0012]a 生長:分別以 40 ?80L/min、10 ?40mL/min、5 ?20mT,/mi η 和 800 ?1 SOOmT ,/mi η的流量通入H2、生長硅源、生長碳源和隊摻雜劑，于1500?1680°C溫度和20?10mbar壓力下生長5?50 μ m厚的外延層；
[0013]b刻蝕:分別停止通入硅源、碳源和N2，于1510?1710°C下維持2?5min ;以5?10L/min流量通入HCl，刻蝕2?5min ；
[0014]c吹拂:停止通HCl后，以45?90mL/min的流量吹H22?1min ；
[0015]d再生長:重復步驟a生長外延層至5?200 μ m。
[0016]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第一優選技術方案，所述碳化硅襯底的偏角為2°。
[0017]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第二優選技術方案，所述碳化硅襯底的偏角為4°。
[0018]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第三優選技術方案，所述襯底材料是 4H-SiC 或 6H-SiC。
[0019]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第四優選技術方案，所述生長硅源為SiH4或SiHCl 3，生長碳源為C2H4或C 3H8。
[0020]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第五優選技術方案，重復所述步驟3)中的b至d步驟。
[0021]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第六優選技術方案，所述重復的次數為O?30次。
[0022]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第七優選技術方案，所述重復的次數為O?10次。
[0023]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第八優選技術方案，所述外延層的生長厚度為5?30 μ m。
[0024]所述的N型低偏角碳化硅外延片的制備方法的第九優選技術方案，所述外延層的生長厚度為30?200 μ m。
[0025]與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有以下優異效果:
[0026]1.本發明提供的碳化硅襯底具有大的基面位錯的腐蝕坑，使得在外延工藝中基面位錯更容易轉化為螺旋位錯，達到降低基面位錯密度的目的；
[0027]2.降低表面缺陷顆粒物以及由顆粒物引起的缺陷，尤其是三角形缺陷；
[0028]3.由于刻蝕作用，使得生長腔體清洗周期延長，大大降低了生長成本和提高了生長效率；
[0029]4.本發明提供的方法，制作方法簡單，工藝重復性好，適合工業化生產；
[0030]5.基于本發明提供的超厚碳化硅外延表面無臺階聚集現象。
【附圖說明】
[0031]圖1:本發明的流程示意圖。
[0032]圖2:傳統方法制備外延片的表面形貌
[0033]圖3:實施例1外延片的原子力顯微鏡圖
[0034]圖4:實施例2外延片的原子力顯微鏡圖
[0035]圖5:實施例3外延片的原子力顯微鏡圖
[0036]圖6:實施例4外延片的原子力顯微鏡圖
[0037]圖7:實施例5外延片的原子力顯微鏡圖
【具體實施方式】
[0038]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0039]實施例1
[0040]一種N型低偏角厚度15 μ m碳化硅外延片制備方法，包括以下步驟:
[0041]I)在線刻蝕襯底:準備偏角為4°的4H-SiC襯底，抽真空，通入流量為40L/min的氫氣和5L/min的HCl，反應室內壓力為40mbar，溫度為1680°C，維持5分鐘；
[0042]2)緩沖層的生長:停止通入HC1，降溫至1650°C，通入流量為6mL/min的SiH4*3mL/min的C3H8,以流量為1500mL/min的N2為摻雜劑，生長壓力為40mbar，生長0.4 μ m厚的緩沖層；
[0043]3)外延層的生長
[0044]a生長:將40L/min流量的氫氣、10mL/min的SiH# 5mL/min的C 3H8通入反應室，保持溫度為1650°C、壓力40mbar，以800mL/min流量的N2為摻雜劑，生長6 μ m厚的外延層；
[0045]b刻蝕:停止硅源、碳源及摻雜劑的通入，升溫至1680°C，維持2分鐘；通入5L/min流量的HCl，維持I分鐘；
[0046]c吹拂:停止通HCl，調節氫氣流量至45mL/min，吹拂5分鐘；
[0047]d再生長:設置與步驟a—致的氣體流量、溫度和壓力，繼續生長外延層至15μπι。
[0048]實施例2
[0049]一種N型低偏角厚度30 μ m碳化硅外延制備方法，包括以下步驟:
[0050]I)在線刻蝕襯底:準備偏角為2°的4H-SiC襯底，抽真空，通入流量為40L/min的氫氣和5L/min的HCl，反應室內壓力為40mbar，溫度為1680°C，維持5分鐘；
[0051]2)緩沖層的生長:停止通入HC1，降溫至1650°C，通入流量為6mL/min的SiHjP3mL/min的C3H8,以流量為1500mL/min的N2為摻雜劑，生長壓力為40mbar，，生長I μ m厚的緩沖層；
[0052]3)外延層的生長
[0053]a生長:將40L/min流量的氫氣、10mL/min的SiHjP 5mL/min的C 3H8通入反應室，保持溫度為1650°C、壓力40mbar，以800mL/min流量的N2為摻雜劑，生長10 μ m厚的外延層；
[0054]b刻蝕:停止硅源、碳源及摻雜劑的通入，升溫至1680°C，維持2分鐘；通入5L/min流量的HCl，維持I分鐘；
[0055]c吹拂:停止通HCl，調節氫氣流量至45mL/min，吹拂5分鐘；
[0056]d再生長:設置與步驟a —致的氣體流量、溫度和壓力，繼續生長外延層至20 μ m。
[0057]e刻蝕:停止硅源、碳源及摻雜劑的通入，升溫至1680°C，維持2分鐘；通入5L/min流量的HCl，維持I分鐘；
[0058]f吹拂:停止通HCl，調節氫氣流量至45mL/min，吹拂3分鐘；
[0059]g再生長:設置與步驟a —致的氣體流量、溫度和壓力，繼續生長外延層至30 μ m。
[0060]實施例3
[0061]一種N型低偏角厚度80 μ m碳化硅外延制備方法，包括以下步驟:
[0062]I)在線刻蝕襯底:準備偏角為4°的4H-SiC襯底，抽真空，通入流量為40L/min的氫氣和5L/min的HCl，反應室內壓力為40mbar，溫度為1680°C，維持5分鐘；
[0063]2)緩沖層的生長:停止通入HC1，降溫至1650°C，通入流量為6mL/min的SiH4*3mL/min的C3H8,以流量為1500mL/min的N2為摻雜劑，生長壓力為40mbar，生長1.5 μ m厚的緩沖層；
[0064]3)外延層的生長
[0065]a生長:將40L/min流量的氫氣、10mL/min的SiH4和5mL/min的C 3H8通入反應室，保持溫度為1650°C、壓力40mbar，以800mL/min流量的N2為摻雜劑，生長10 μ m厚的外延層；
[0066]b刻蝕:停止硅源、碳源及摻雜劑的通入，升溫至1680°C，維持2分鐘；通入5L/min流量的HCl，維持I分鐘；
[0067]c吹拂:停止通HCl，調節氫氣流量至45mL/m