[发明专利]一种基区缓变掺杂碳化硅薄膜外延制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造技术领域，具体涉及一种基区缓变掺杂碳化硅薄膜外延 制备方法。

背景技术

碳化硅具有宽带隙、高导热率、高击穿强度、高电子饱和漂移速度、高的硬度等优点， 也有着很强的化学稳定性。这些优良的物理和电学性能使碳化硅在应用上具有很多优势。禁 带宽使得碳化硅本征载流子在高温下仍能保持较低的浓度，因而能工作在很高的温度下。高 击穿场强使碳化硅可以承受高电场强度，这使得碳化硅可以用于制作高压，高功率的半导体 器件。高热导率使碳化硅具有良好的散热性，有助于提高器件的功率密度和集成度、减少附 属冷却设施，从而使系统的体积和重量大大地降低、效率则大大地提高，这对于开发空间领 域的电子器件极具优势。碳化硅的饱和电子迁移速度很高，这一特性也使它可以用于射频或 者微波器件，从而提高器件工作速度。

碳化硅材料的载流子浓度是材料和器件的基本电学参数。这一参数通过材料掺杂控制来 实现。因此，碳化硅外延材料的掺杂是器件制备中的关键工艺之一。然而，由于碳化硅的键 强度高，器件制作工艺中的掺杂不能采用扩散工艺，只能利用外延控制掺杂和高温离子注入 掺杂。高温离子注入会造成大量晶格损伤，形成大量晶格缺陷，即使退火也很难完全消除， 严重影响了器件的性能，且离子注入效率很低，因而不适合做大面积掺杂。同时，在制备一 些多层结构的半导体器件时，需要外延层纵向掺杂浓度的梯度可控。只有通过合理调整生长 参数，生长出掺杂达到预定要求的外延层，才能制作出性能符合要求的器件，因而碳化硅外 延层的梯度掺杂控制是目前器件制造中的一个很大的难点。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种P型缓变掺杂掺杂碳化硅外延 层的制备方法，利用碳化硅的CVD设备，制备出纵向掺杂浓度梯度可控的碳化硅外延层，满 足了制备梯度低掺杂外延层的要求。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基区缓变掺杂碳化硅薄膜外延制备方法，其改进之处在于，所述制备方 法包括下述步骤：

步骤一，将碳化硅衬底放置到碳化硅化学气相沉积设备(CVD设备，是一种外延薄膜的 设备)的反应室中，将反应室抽成真空；

步骤二，在氢气流中加热反应室；

步骤三，对碳化硅衬底进行原位刻蚀；

步骤四，设置生长条件，开始生长碳化硅外延层，包括下述步骤：

(4.1)当反应室温度达到1580℃-1600℃时，保持反应室温度和压强恒定；

(4.2)将液态三甲基铝放置于鼓泡器中用作掺杂源，将10ml/min-15ml/min氢气通入鼓 泡器中，使氢气携带三甲基铝通入反应室中；

(4.3)打开C₃H₈、SiH₄和三甲基铝开关，流量为7mL/min的C₃H₈、流量为21mL/min的 SiH₄和流量为8.9mL/min的三甲基铝，生长p型缓变掺杂碳化硅薄膜外延层6min，在此其间， 三甲基铝流量由8.9mL/min逐渐减小到4mL/min；

步骤五，在氢气流中冷却碳化硅衬底；

步骤六，在氩气中冷却碳化硅衬底。

进一步地，所述步骤一包括下述步骤：

(1.1)选取偏向晶向4°或8°(偏向晶向4°或8°指的是在0001方向上往11-20方向偏离4°或8°)的4H碳化硅衬底，放置到碳化硅CVD设备的反应室中；

(1.2)将反应室抽真空，直到反应室气压低于1×10^-7mbar。

进一步地，所述步骤二包括下述步骤：

(2.1)打开通向反应室的氢气开关，控制氢气流量逐渐增大到60L/min；

(2.2)打开真空泵抽取反应室的气体，保持反应室气压在100mbar(mbar＝毫巴＝1bar* 0.001＝100000pa*0.001＝100pa)；

(2.3)逐渐调大加热源功率，使反应室温度缓慢升高。

进一步地，所述步骤三包括：

打开高频线圈感应射频加热器，逐渐增大射频加热器的功率，当反应室温度升高逐渐至 1400℃以后，保持反应室温度恒定进行10分钟的原位刻蚀；或