[发明专利]消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种碳化硅同质外延生长方法，可用于消除碳化硅外延面穿通缺陷，提高外延材料晶体质量。

背景技术

碳化硅(4H-SiC，6H-SiC)是一种宽禁带半导体材料，它的带隙宽可达3.0-3.2eV，是Si的3倍，因此，它具有高的临界击穿电场(Si的10倍)，高载流子饱和浓度(Si的2倍)等特点，另外，它还具有高热导率(Si的3倍)的特点，因此，它在军用和航天领域的高温、高频、大功率电力电子、光电器件方面具有优越的应用价值，并有望应用于现有的硅基大功率器件不能胜任的场合，成为下一代电力电子半导体的关键基础材料之一。

虽然碳化硅单晶材料已经商品化，但晶片内仍然有许多缺陷，如微管(MP)，基平面位错(BPD)，螺位错(TSD)等，同质外延生长时，这些缺陷会沿界面穿通到外延层中，降低外延材料的品质。如图1所示，碳化硅衬底中具有缺陷，外延时，缺陷沿生长面穿通到外延层中，最终导致外延层中具有与衬底贯通的缺陷。目前很少有人研究如何消除上述缺陷穿通，一般的做法是进一步提高碳化硅晶体结晶质量，减小缺陷密度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，将碳化硅衬底外延表面的缺陷消除，进而达到防止缺陷穿通到外延层中的目的。

本发明提供一种消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，包括如下步骤：

步骤1：取一碳化硅衬底，并清洗干净；

步骤2：对衬底的表面进行腐蚀，直至显露缺陷坑；

步骤3：在衬底上制作硅层；

步骤4：升高温度使硅层熔化，使之填满缺陷坑，并使外表面平整；

步骤5：通入碳源，使熔化硅层部分转变成第一碳化硅层；

步骤6：通入碳源，使剩余的熔化硅层部分转变成第二碳化硅层；

步骤7：腐蚀，将剩余的硅层腐蚀掉，留下完整的第一、第二碳化硅层，完成制备。

本发明的有益效果是，利用熔融碱液将碳化硅衬底外延表面腐蚀的方法，可以将缺陷显露，形成腐蚀坑，随之用液硅填坑，采用液相外延生长方法进行碳化硅的同质外延生长，可以防止衬底缺陷穿通进入外延层。与现有碳化硅同质外延相比，本方法可以消除碳化硅外延面穿通缺陷，提高外延层品质，具有很大优势。此外，此有益效果也可以用于其它化合物半导体的外延生长，如半导体氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)等的同质外延。

本发明操作简便，易于推广，并取得良好效果。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1为现有技术中穿通缺陷示意图；

图2为本发明的制备流程图；

图3为本发明制备流程的结构示意图；

图4为本发明中衬底腐蚀后显露出的缺陷光学显微镜照片；

图5为本发明中碳化硅外延面光学显微镜照片；

图6为本发明提供的碳化硅外延层的Raman图谱。

具体实施方式

请参阅图2-图3所示，本发明提供一种消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，包括如下步骤：

步骤1：取一碳化硅衬底1，为4H-SiC或6H-SiC，并清洗干净。

步骤2：对衬底1的表面进行腐蚀，直至显露缺陷坑1，。其中所述表面腐蚀是采用熔融碱液，该熔融碱液是KOH或NaOH，或KOH和Na₂O₂的混合物，或NaOH和Na₂O₂的混合物，腐蚀温度为500℃-700℃，腐蚀的时间为1-30分钟。

步骤3：在衬底1上制作硅层2。硅层2的制作工艺为：通入800℃-1350℃的硅源SiH₄，SiH₄采用氢气为载气和稀释气体，其中SiH₄流量为1-10sccm，氢气流量为1-10slm，外延持续时间为1-15分钟，生长压力为1-40Torr。

步骤4：升高温度使硅层2熔化，使之填满缺陷坑1，并使外表面平整。其中所述硅层2熔化的工艺为：温度升高到1450℃-1550℃，在氩气氛下保温10-30分钟，所用氩气流量为1-5slm，所用压力为500-760Torr，并使碳化硅衬底1旋转，转速为1-10转/分钟。