[发明专利]一种实现SiC外延曲线形掺杂分布的方法

说明书

本发明公开了一种实现SiC外延曲线形掺杂分布的方法。以化学气相淀积生长技术为基础，对曲线形分布进行分段线性拟合，固定生长源及进气端碳硅比，利用质量流量计实现掺杂源流量随时间的线性变化，实现每个区间段内掺杂浓度的线性分布，最终通过多段线性掺杂浓度变化组合，实现整个外延层中曲线形的掺杂浓度的分布。该方法可以实现特殊的曲线形掺杂浓度分布的外延片，提高器件外延结构的设计范围，具有较高的推广价值。

技术领域

本发明公开了一种实现SiC外延曲线形掺杂分布的方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)是一个优秀的材料。对比传统的硅材料，它拥有10倍的击穿场强，3倍的热导率，3倍的禁带宽度。因此SiC材料是制造功率器件的理想材料。不同于常用的硅器件，SiC器件的设计结构基本上都需要通过外延的方式实现。现阶段SiC器件的外延结构设计的多层结构中，每层外延层具有固定的掺杂浓度或者是线性变化的。对部分SiC器件来说，曲线型掺杂分布可以达到特殊的设计功能。

在固定生长源流量及进气端碳硅比的条件下，外延片掺杂浓度和反应室通入的掺杂源流量成线性正比关系。通入反应室的掺杂源流量通过质量流量计(MFC)控制，现有的MFC只能实现流量随时间的线性变化，因此实现曲线形掺杂分布存在较大的技术难度。

发明内容

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提出一种实现SiC外延曲线形掺杂分布的方法。通过对曲线形分布进行分段线性拟合，设定生长源(硅源及碳源)及进气端碳硅比，利用质量流量计实现掺杂源流量随时间的线性变化，实现每个区间段内掺杂浓度的线性分布，最终通过多段线性掺杂浓度变化组合，实现整个外延层中曲线形的掺杂浓度的分布。该方法可以实现特殊的曲线形掺杂浓度分布的外延片。

技术方案：

一种实现SiC外延曲线形掺杂分布的方法，包括如下步骤：

步骤一，对掺杂分布曲线进行分段线性拟合，将其分为n段(n≥3)，根据掺杂分布曲线选择后续的外延速率以及进气端碳硅比；

步骤二，选取偏向11-20方向4°或者8°的硅面碳化硅衬底，将衬底置于SiC外延系统反应室内的石墨基座上；

步骤三，采用氩气对反应室气体进行置换，向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至60～120L/min，选用氢气或者氩气作为气浮气体推动石墨基座旋转，设置反应室压力为80～200mbar，将反应室逐渐升温至生长温度，达到生长温度后维持反应室温度5～15分钟，对衬底进行纯氢气刻蚀；

步骤四，向反应室通入硅源、碳源以及掺杂源，硅源流量和外延速率具有正比关系，根据步骤一中选定的外延速率对硅源流量进行设定，硅源流量确定后根据步骤一中选定的进气端碳硅比设定碳源流量，在生长时间内，线性变化掺杂源的流量实现i段线性掺杂浓度分布区的生长，生长时间根据第i段线性掺杂浓度分布区的厚度及外延速率设定；衬底端至外延层表面，分段编号i按1至n升序排列，本步中i＝1；

步骤五，保持硅源、碳源流量不变，线性变化掺杂源的流量实现第i+1段线性掺杂浓度分布区的生长，生长时间根据i+1段线性掺杂浓度分布区的厚度及外延速率设定；

步骤六，重复步骤五，完成所有线性掺杂浓度分布区的生长；

步骤七，在完成外延结构生长之后，关闭硅源、碳源和掺杂源，在氢气气氛中将反应室温度降温至室温，反应室温度达到室温后将氢气排外，通过氩气对反应室内的气体进行置换，最终用氩气将反应室压力充气至大气压后，开腔取片。

进一步地，所述的实现SiC外延曲线形掺杂分布的方法，步骤一中拟合的线性掺杂浓度分布区可以等厚分布也可以非等厚分布；

进一步地，所述的实现SiC外延曲线形掺杂分布的方法，根据掺杂分布曲线选择后续的外延速率以及进气端碳硅比(进气端碳原子和硅原子的摩尔数比)，具体选择依据如下：