[发明专利]一种降低SiC外延层中三角形缺陷的方法有效

专利信息
申请号: 201911247203.X 申请日: 2019-12-09
公开(公告)号: CN111029246B 公开(公告)日: 2022-07-29
发明(设计)人: 李赟;李忠辉;赵志飞;王翼;周平 申请(专利权)人: 中国电子科技集团公司第五十五研究所
主分类号: H01L21/02 分类号: H01L21/02
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 孙昱
地址: 210016 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 降低 sic 外延 三角形 缺陷 方法
【说明书】:

发明公开了一种降低SiC外延层中三角形缺陷的方法。以化学汽相淀积生长技术为基础,通过设计复合缓冲层,首先采用氯基硅源结合低进气端碳硅比生长首层缓冲层降低螺位错转化成三角形的几率,之后在相同生长温度下,采用硅烷生长具有台阶聚束形貌的缓冲层降低三角形缺陷沿1‑100方向的扩展,本方法在不改变关键工艺参数的前提下,有效降低SiC外延层中三角形缺陷的密度以及三角形缺陷尺寸,提高了外延片的无缺陷面积。该工艺兼容于常规的SiC外延工艺,具有较高的推广价值。

技术领域

本发明提出的是一种降低SiC外延层中三角形缺陷的方法,在不改变外延结构生长关键工艺参数的前提下,降低了外延层中三角形缺陷的数量以及三角形缺陷的尺寸,有效提高了外延片的无缺陷面积,从而提高器件研制成品率。属于半导体材料技术领域。

背景技术

对于高频、大功率和高温功率器件来说,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。SiC器件的设计结构主要通过同质外延生长的方式来实现。现阶段SiC同质外延生长主要通过化学气相沉积(CVD)的方法在偏轴SiC衬底上进行外延生长。近些年内SiC衬底制备技术发展很快,如高危害结构缺陷微管的密度已经下降至0.1 cm-2以下,但SiC衬底中依旧存在大量的晶体缺陷,比如螺位错(TSD)、刃位错(TED)、基平面位错(BPD)等。偏轴衬底外延生长模式以台阶流生长模式为主导,工艺过程中受到衬底缺陷以及工艺扰动影响,局部台阶流动受限将产生表面形貌缺陷,如胡萝卜缺陷和三角形缺陷等。三角形缺陷以及胡萝卜缺陷会导致SiC电力电子器件击穿电压下降以及漏电增加这是被业内广泛认知的。其中三角形缺陷危害程度最高,且覆盖面积大,因此降低外延层三角形缺陷密度是业内研究的重点。

三角形缺陷主要成核于衬底螺位错以及衬底表面加工损伤。现阶段商业化衬底表面加工损伤已经具有较好的管控。因此抑制螺位错外延过程中转化成三角形缺陷是降低外延层三角形缺陷密度的主要途径。

在正式外延生长之前,采用氯基硅源作为主要硅源,结合富硅气氛,利用低外延速率生长一层无台阶聚束形貌的缓冲层可以实现降低螺位错成核形成三角形缺陷的几率,在该缓冲层上随后生长的外延层可以延续缓冲层的三角形缺陷密度,但在无台阶聚束形貌缓冲层上生长的外延层中的三角形缺陷一般在 1-100方向存在扩散,具有较大的尺寸。而在具有台阶聚束形貌的缓冲层上生长的外延层中的三角形缺陷沿着 1-100方向扩展可以有效抑制。采用氯基硅源作为硅源的生长体系同,很难在现有工艺窗口内形成具有台阶聚束形貌的缓冲层,将氯基硅源替换为硅烷后,在相同的生长工艺条件下,尤其是生长温度≥1650℃的条件下,生长的缓冲层表面为有台阶聚束的形貌。

发明内容

本发明的目的在于为了解决以上现有技术的不足,为了在不改变外延关键工艺参数的前提下,降低外延层中三角形缺陷的数量以及三角形缺陷的尺寸,提高外延片的无缺陷面积,本发明提出的是一种降低SiC外延层三角形缺陷的方法,主要采用附图1所示的复合缓冲层的设计,利用无台阶聚束形貌的富硅缓冲层一抑制螺位错成核形成三角形缺陷,同时利用硅烷工艺生长具有台阶聚束形貌的缓冲层二,抑制三角形缺陷的扩展。

技术方案:

一种降低SiC外延层中三角形缺陷的方法,包括以下步骤:

步骤一,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;

步骤二,采用氩气对反应室气体进行置换,向反应室通入氢气并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80-200 mbar,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;

步骤三,刻蚀完成后向反应室通入氯基硅源和碳源,控制硅源和氢气的流量比Si/H2<0.03%,控制进气端碳硅比C/Si≤0.9,并通入n型掺杂源或者p型掺杂源,生长缓冲层一;

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