[发明专利]一种碳化硅外延结构的制备方法及半导体设备

说明书

本发明提供一种碳化硅外延结构的制备方法，对反应腔室进行净化处理；在净化处理之后的所述反应腔室内壁生长碳化硅保护层；将碳化硅衬底放入所述反应腔室内，并对所述碳化硅衬底进行原位刻蚀；在刻蚀后的所述碳化硅衬底上生长碳化硅缓冲层；在所述碳化硅缓冲层上生长N型碳化硅外延层；在所述N型碳化硅外延层上生长P型碳化硅外延层。本发明的制备方法简单，可在同一腔室内完成不同掺杂类型外延层的生长，实现不同掺杂外延层的连续生长，降低碳化硅外延结构的表面缺陷，提高碳化硅器件的良率。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种碳化硅外延结构的制备方法及半导体设备。

背景技术

碳化硅(SiC)半导体具有大禁带宽度、优良的稳定性、高热导率、高临界击穿场强、高饱和电子漂移速度等优良特性，是制作高温、高频、大功率和强辐射电力电子器件的理想半导体材料。与传统的硅器件相比，碳化硅器件能够在10倍于硅器件的电场强度下正常工作。由于碳化硅具有这些优越的特性，使它在化学工业、航空航天工程、核动力工程、电子元器件及电子电路等领域都有着广泛的应用前景。

目前，碳化硅外延结构的生长工艺日渐成熟，通常采用CVD(化学气相沉积)的方法在碳化硅衬底上进行同质外延生长，而不同掺杂元素的外延层是实现器件的基础。碳化硅器件中至少包含N型掺杂剂掺杂的外延层和P型掺杂剂掺杂的外延层，而碳化硅外延结构生长时采用的P型掺杂剂多为金属有机物，当在同一腔室生长N型外延层和P型外延层时，金属有机物会残留在反应腔壁上，对下一产品中的N型外延层的生长造成影响，从而影响碳化硅外延结构的质量。

现有技术中为了防止残留P型掺杂剂对N型外延层的生长造成影响，碳化硅外延结构的生长选择在不同的反应腔内生长不同的掺杂外延层，由于碳化硅外延结构在生长过程中离开反应腔，使表面的颗粒增加，给二次外延造成良率影响，导致碳化硅外延结构表面缺陷密度较高，且生长可控性差，从而导致器件良率下降。

发明内容

针对现有技术中的不足与缺陷，本发明提供一种碳化硅外延结构的制备方法及半导体设备，用于解决碳化硅外延结构中P型掺杂剂对N型外延层生长的影响及表面缺陷密度导致的器件良率下降的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳化硅外延结构的制备方法，至少包括以下步骤：

对反应腔室进行净化处理；

在净化处理之后的所述反应腔室内壁生长碳化硅保护层；

将碳化硅衬底放入所述反应腔室内，并对所述碳化硅衬底进行原位刻蚀；

在刻蚀后的所述碳化硅衬底上生长碳化硅缓冲层；

在所述碳化硅缓冲层上生长N型碳化硅外延层；

在所述N型碳化硅外延层上生长P型碳化硅外延层。

于本发明的一实施例中，当对反应腔室进行净化处理时，向所述反应腔室内通入刻蚀气体，刻蚀所述反应腔室的内部环境。

于本发明的一实施例中，所述刻蚀气体为氯气(Cl₂)或者氯气和氩气(Ar)的混合气。

于本发明的一实施例中，所述氯气和氩气的混合气中氯气的浓度占比大于5％。

于本发明的一实施例中，向所述反应腔室内通入所述刻蚀气体的流量大于或等于20升/分钟，刻蚀时间大于或等于10分钟。

于本发明的一实施例中，所述净化处理的温度为1400～1650℃。

于本发明的一实施例中，所述碳化硅保护层的厚度大于或等于5微米。

于本发明的一实施例中，所述N型碳化硅外延层的掺杂剂为氮气(N₂)。

于本发明的一实施例中，所述P型碳化硅外延层的掺杂剂为三甲基铝(TMAl)。