一種無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種寬禁帶半導體外延材料的制備方法，具體涉及一種碳化硅同質外延材料的制備方法。
【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。因此，設計和制作基于同質SiC的材料和器件具有重要現實意義。
[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外延角度講，偏晶向角度的大小對外延材料的質量也有很大影響。根據晶片尺寸的發展現狀，人們越來越關注低角度(< 2° )偏晶向襯底上SiC的外延生長，本發明人經大量研究發現，碳化硅低角度(< 2° )外延生長的表面粗糙度難以控制，臺階聚集會大大惡化外延片的表面形貌，從而降低器件的性能。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種無臺階聚集低偏角(〈2° )4H_SiC襯底上同質外延生長4H_SiC外延層的方法，得到表面質量良好、無臺階聚集低偏角碳化硅外延片。
[0006]為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0007]—種無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法，該方法包括以下步驟:
[0008]I)刻蝕襯底:向減壓下的、放置有凈化處理的低偏角4H_SiC襯底的CVD設備中，以5?20L/min流量通入!12至壓力為6?80Torr，調節H 2流量為2?40L/min，于1300?1500°C下，HJI位刻蝕襯底2?50min ；
[0009]2)生長漸變緩沖層:于1400?160CTC溫度和40mTorr?10Torr壓力下，分別通入流量為 8 ?BOmT,/min.1 ?10mT,/miη.1 ?20mL/min 和 3 ?1 5mT,/miη 的 HC1、C2H4' SiH4和摻雜氣體10?80min，生長漸變緩沖層至0.5-6 μ m ；
[0010]3)生長外延層:分別將SiHjP C2H4的流量調節為10?80mL/min和5?50mL/min生長外延層。
[0011]所述無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法的第一優選技術方案，步驟I所述減壓下的設備壓力< 104Torr。
[0012]所述無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法的第二優選技術方案，步驟I所述的4H-SiC襯底的凈化步驟中，按RCA標準清洗工藝，用清洗液硫酸、氨水、鹽酸、雙氧水、氫氟酸、無水乙醇或去離子水。
[0013]所述無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法的第三優選技術方案，步驟I所述4H-SiC襯底的偏角< 2°。
[0014]所述無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法的第四優選技術方案，步驟I所述CVD設備為垂直熱壁低壓CVD系統。
[0015]所述無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法的第五優選技術方案，步驟2中所述摻雜氣體為N2或三甲基鋁，其流量每5min減少l_5mL/min。
[0016]所述無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法的第六優選技術方案，步驟2中所述漸變緩沖層的摻雜濃度沿襯底的法線方向線性遞減。
[0017]所述無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法的第七優選技術方案，控制步驟2和步驟3中所述的SiHjP C 2H4流量使C/Si的摩爾比為0.6?2。
[0018]所述無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法的第八優選技術方案，所述外延層的生長時間大于緩沖層的2倍。
[0019]與最接近的現有技術比，本發明方法具有如下有益效果:
[0020]I)本發明提供的這種低偏角(< 2。)4H_SiC襯底上同質外延生長外延層的方法，通過使用低生長壓強，高生長溫度，純氫原位刻蝕和添加HCl的方法，避免了外延層臺階聚集，可獲得光亮的4H_SiC外延層。
[0021]2)緩沖層是一個摻雜濃度線性漸變層，在襯底和外延層之間引入一個緩變過渡層，有利于承受更高的功率密度；
[0022]3)本發明能制備出表面光亮，摻雜均勻，無臺階聚集的SiC外延材料，適用于制作半導體功率電子器件。
【附圖說明】
[0023]圖1:本發明的結構示意圖，其中I是低偏角SiC襯底、2是漸變緩沖層、3是外延層。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]—種無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法，包括以下步驟:
[0026]I)刻蝕襯底:清洗低偏角4H_SiC襯底并放于低壓CVD設備的生長室，抽真空至10 5Torr,設定壓力lOtorr，通入5L/min的H2,壓力恒定后，調節H2流量為10L/min，于1350°C下，H2原位刻蝕襯底5min ；
[0027]2)生長漸變緩沖層:于1450°C溫度和40mTorr壓力下，通入流量分別為1mL/min、2mL/min、6mL/min 和 3mL/min 的 HC1、C2H4、SiHjP N 2，N2流量每 5min 減少 lmL/min，生長漸變緩沖層20min至I μ m ;
[0028]3)生長外延層:調節SiHjP C 2H4流量分別為10mL/min和5mL/min，生長SiC外延層50min，關閉C2H4' SiH4' N2、和HCl，停止加熱，冷卻。
[0029]實施例2
[0030]—種無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法，包括以下步驟:
[0031]I)刻蝕襯底:清洗低偏角4H_SiC襯底并放于低壓CVD設備的生長室，抽真空至2 X 10 5Torr,設定壓力30Torr，通入10L/min的H2,壓力恒定后，調節H2流量為20L/min，于1300°C下，H2原位刻蝕襯底30min ；
[0032]2)生長漸變緩沖層:于1500°C溫度和1Torr壓力下，通入流量分別為20mL/min、4mL/min、10mL/min 和 5mL/min 的 HC1、C2H4N SiHjP N2，N2流量每 5min 減少 1mT,/mi n,生長漸變緩沖層50min至3 μ m ;
[0033]3)生長外延層:調節SiHjP C 2H4流量分別為20mL/min和40mL/min，生長SiC外延層80min，關閉C2H4、SiH4, N2^P HC1，停止加熱，冷卻。
[0034]實施例3
[0035]—種無臺階聚集低偏角碳化硅外延生長方法，包括以下步驟:
[0036]I)刻蝕襯底