[发明专利]超掺杂均匀性大面积SiC外延层的制备方法及其生长腔室结构

说明书

技术领域：

本发明涉及半导体技术领域，特指一种超掺杂均匀性大面积SiC外延层的制备方法及其生长腔室结构。

背景技术：

碳化硅(SiC)材料作为第三代宽禁带半导体，具有禁带宽度大、耐高温、抗辐射等优异的物理特性，为功率器件的制造奠定了良好的材料基础。通常SiC器件主要是在SiC单晶衬底上生长的SiC外延层上制作的。由于在SiC单晶生长的过程中控制掺杂较为困难，难以达到器件制造要求，虽然离子注入也可以实现SiC的掺杂，但是其效果远远达不到利用CVD外延工艺得到的精确控制掺杂浓度的水平，因此SiC外延层材料的生长是SiC器件制造中重要且必不可少的关键技术。

SiC外延层制备的方法主要有：升华法、液相外延法、溅射法、脉冲激光沉积、分子束外延和化学气相沉积法，目前商业生产中以化学气相沉积法使用最为广泛。

SiC外延材料的浓度掺杂均匀性与生长厚度均匀性严重影响到SiC器件性能，良好的材料均匀性不仅可以降低器件性能的离散，同时也可以提高器件的可靠性。

随着SiC产业的不断发展，SiC外延层的发展趋势越趋向于大面积化，大面积SiC外延层拥有更大的器件制备可用面积，可以有效减少材料的浪费。然而随着SiC衬底尺寸的不断变大，对于SiC外延层内的掺杂浓度与生长厚度控制的要求也相应的提高，如何提高大面积SiC外延层的厚度、浓度均匀性是SiC外延中需要突破和掌握的关键技术。

由于各类生长源在反应腔室内沿气流方向的耗尽方式有所不同，对于SiC外延层掺杂浓度均匀性和生长厚度均匀性也有所不同，而于大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性和生长厚度均匀性对于不同的耗尽。生长源气体在外延层直径方向上的耗尽导致了外延层上局部个点的生长速率及掺杂浓度是随位置变化的量，因此造成了外延厚度及浓度的不均匀性。由于各类生长源在反应腔内的耗尽形式有所不同，总体来说主要有三种形式的耗尽(理想状态)：1、线性耗尽；2、指数型耗尽；3、二次元函数型耗尽。通过引入托盘可以降低由于气源线性耗尽所造成的源分布的不均匀性，而后两种耗尽方式下，托盘并不能完全消除源分布的不均匀，特别是因晶片边界处存在较大的温度梯度而导致的掺杂浓度与厚度的不均匀性。

有鉴于此，本发明人提出以下技术方案。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超掺杂均匀性大面积SiC外延层的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了下述第一种技术方案：该超掺杂均匀性大面积SiC外延层的制备方法在常规的LPCVD外延生长源主进气管路额外增加两个侧进气管路，通过调节两个侧进气管路通入的生长源种类与通入量的大小，结合旋转托盘结构，来调节整个大面积SiC外延层上氛围中的生长源分布，从而调节反应腔室内氛围中的生长源的比例，以调整大面积SiC外延层掺杂浓度与厚度均匀性。

进一步而言，上述技术方案中，所述主进气管路的通道呈喇叭状，两个侧进气管路连通主进气管路的通道的后端部分，两个侧进气管路生长源导入口导入的生长源包括有掺杂源、C源、Si源、载气、蚀刻气体，该掺杂源包括N₂、Al(CH₃)₃，C源包括C₂H₄、C₃H₈，Si源包括Si₂H₄、SiHCl₃，载气包括H₂、Ar₂，蚀刻气体包括HCl。

进一步而言，上述技术方案中，两个侧进气管路通入Si源，以提升侧反应腔室氛围中的C源和Si源的比例，降低N型掺杂浓度或提升P型掺杂浓度，从而达到对大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性的调整。

进一步而言，上述技术方案中，两个侧进气管路通入C源，以降低反应腔室氛围中的C源和Si源的比例，提升N型掺杂浓度或降低P型掺杂浓度，从而达到对大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性的调整。

进一步而言，上述技术方案中，两个侧进气管路同时通入Si源和C源来提升反应腔室氛围中的C源及Si源的浓度，以提升SiC外延层的生长速率，从而达到对大面积SiC外延层生长厚度均匀性的调整。

进一步而言，上述技术方案中，两个侧进气管路通入载气来稀释反应腔室氛围中的C源及Si源的浓度，降低SiC外延层的生长速率，从而达到对大面积SiC外延层生长厚度均匀性的调整。