[发明专利]一种P型SiC外延及其生长方法

说明书

本发明公开了一种P型SiC外延及其生长方法，在P型外延层生长时使用铟源作为外延反应腔气体，提高Al并入晶格的几率，增加P型掺杂浓度和掺杂效率，同时In原子半径较大，In‑C键较长，在H₂这种还原性气氛条件下其不能并入SiC晶格中，不会使晶格产生畸变。通过这种方法制备得到的P型SiC外延晶片在具备厚外延的同时，具有较低的导通电阻。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种P型SiC外延及其生长方法。

背景技术

以SiC材料为代表的第三代宽带隙半导体材料具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移等特点，特别适合制作高温、高压、高频、大功率、抗辐照等半导体器件。

SiC功率器件所用外延材料一般由多层外延层组成，部分器件结构，如IGBT、PiN结构包含n、p两种不同掺杂类型的外延层。

在外延生长SiC材料时，需要添加控制电特性的掺杂剂。近些年来，n型SiC外延技术取得了很大的进展，无论在抑制缺陷还是均匀性调控方面，外延技术都取得了突破，但p型SiC外延技术则远不如n型SiC外延技术成熟。

Al是SiC的有效p型掺杂剂，与作为n型SiC的掺杂剂N相比，其离化能大，活性化率低。Al掺入SiC，在SiC中占据Si晶位，因此存在Al杂质原子与Si原子的竞争机制。在超过10kV的高耐压的SiC双极器件中，亟需研究厚外延层的p型4H-SiC材料，这样其可具有较低的导通电阻，导通电阻R_on与掺杂浓度N_D关系为R_on＝W_D/qμ_nN_D，WD为漂移区厚度，μ_n为电子迁移率。

采用传统的SiH₄-C₃H₈-H₂非Cl基气体体系生长p型外延层，虽然具有较高的p型掺杂效率，但长速较低，最高长速只有8μm/h，对于生长厚SiC外延层效率较低，成本较高，若为了提高生长速度而增加SiH₄气体的供给量，则容易产生因Si均相成核引起的Si滴缺陷。

为了抑制上述缺陷的产生，一般通过添加HCl或使用含Cl的硅源，即采用含Cl基气体体系。在反应室里，Cl与Si发生化学反应生成SiCl₄气体，能很好的抑制了Si滴缺陷的产生。但在含Cl基气体体系外延生长过程中，由于Al在生长表面的原子迁移率较低，Al未及时并入晶格，在高温下与Cl原子形成AlCl₃，降低了Al原子并入SiC晶格的几率，从而降低了P型掺杂效率和掺杂浓度，增加了导通电阻。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种P型SiC外延及其生长方法，具体为P型4H-SiC外延及其生长方法，在P型外延层生长时使用铟源作为外延反应腔气体，提高Al并入晶格的几率，增加P型掺杂浓度和掺杂效率。同时In原子半径较大，In-C键较长，在H₂这种还原性气氛条件下其不能并入SiC晶格中，不会使晶格产生畸变。通过这种方法制备得到的P型SiC外延晶片在具备厚外延的同时，具有较高P型掺杂浓度，从而获得较低的导通电阻。

本发明采取的技术方案为：

一种P型SiC外延的生长方法，包括以下步骤：

(1)在外延反应腔内对SiC衬底表面进行原位刻蚀；

(2)生长缓冲层；

(3)向外延反应腔内通入含有H₂、含氯的硅源气体、碳源、Al掺杂剂和铟源的外延反应腔气体，以生长P型外延层。

进一步地，所述步骤(2)和(3)之间还包括N型外延层生长的步骤。