[发明专利]提高碳化硅外延兼容性的方法

说明书

本发明公开了一种提高碳化硅外延兼容性的方法，是在使用时选择外延炉支持的最大尺寸的石墨基座。当放入小尺寸衬底时，放入合适尺寸的填充片，当衬底尺寸和基座尺寸相同时，则不需要加入填充片。本方法通过引入和衬底具有相同掺杂类型、晶面晶向以及表面形貌的填充片的方式，使衬底区域得以延伸，从而使不同尺寸衬底对应的基座以及衬底区域比例接近，使源在实际衬底上的耗尽速率连续变化，避免边缘效应。同时通过填充片的引入，使得源在不同尺寸衬底上方相同位置的浓度相似，从而提高了不同尺寸基座的兼容性；同时也可在多片式外延炉中实现不同尺寸衬底的同时生长，极大程度的减少了片间偏差。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅外延片的生长方法，尤其涉及一种提高碳化硅外延兼容性的方法。

背景技术

SiC是继Si和GaAs等材料之后发展起来的第三代新型半导体材料，室温下SiC禁带宽度达3.0eV，击穿电场强度达3×10⁶V/cm，热导率达4.9W/cm·℃，电子饱和漂移速度达2×10⁷cm/s。优越的材料特性使得SiC成为高性能电子器件的理想材料。经过十几年的发展，SiC外延晶片尺寸、晶体质量、均匀性等指标有了大幅的提升，目前商业化的SiC衬底尺寸已经上升至6英寸，但是大部分的SiC器件研制流水线依旧为3英寸或4英寸，因此SiC外延材料要求覆盖3-6英寸。

目前商用SiC外延炉大部分为水平式外延炉，源在进气方向的耗尽导致源在衬底上方分布不均匀，通常采用气浮旋转的方式来降低由于源耗尽引起的不均匀性。源在反应室基座和衬底上的耗尽速率不同，通常源在基座上的耗尽速率小于在衬底上的耗尽速率，因此衬底边缘存在源浓度变化不连续的点，形成边缘效应。对比不同外延尺寸的衬底，由于基座区域和衬底区域的比例不同，造成外延片中心点性能参数不同。如图1所示，长实线和长虚线分别对应3英寸和4英寸外延片的源耗尽曲线。由于3英寸基座区域的比例较大，3英寸衬底上方的源浓度要高于4英寸衬底上方相同位置的源浓度。因此即使采用相同的工艺条件，采用气浮旋转的3英寸衬底和4英寸衬底生长出来的外延片性能参数也是不同的，如图1中短实线和短虚线所示。同时由于源耗尽速率在基座和衬底边缘的不连续性，衬底边缘存在很强的边缘效应。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种提高碳化硅外延兼容性的方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种提高碳化硅外延兼容性的方法，包含以下步骤：

(1)选用外延炉支持的最大尺寸的石墨基座；

(2)基座中放入碳化硅衬底，根据衬底尺寸在石墨基座的衬底坑中放入合适尺寸的填充片，用于固定衬底；衬底尺寸与石墨基座尺寸相同时，不需要放入填充片；

(3)将石墨基座放入反应室大盘内，将反应室中的空气置换为氩气，再将反应室抽至真空后通入氢气，保持氢气流量为60-120L/min；等系统升温至1300-1450℃时，将反应室的压力设置为100-200mbar，继续向反应室通入氯化氢气体，保持HCl/H₂的流量比范围为0.01％-0.25％；

(4)等系统继续升温至1500-1550℃时，关闭氯化氢气体，同时保持氢气流量和反应室压力不变；

(5)系统继续升温，达到生长温度1570-1680℃后，维持生长温度2～10分钟；

(6)向反应室通入硅源和碳源，控制硅源和氢气的流量比小于0.025％；调节碳源流量，控制进气端C/Si比小于等于1，通入氯化氢气体，控制Cl/Si比为2-6，通入氮气，生长n型缓冲层；

(7)采用线性缓变的方式改变生长源和掺杂源的流量，至生长外延结构所需的设定值，生长外延结构；