[发明专利]碳化硅衬底上的缓冲层及其形成方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅衬底上的缓冲层及其形成方法。缓冲层包括至少两层碳化硅薄膜层，并且至少对下层的碳化硅薄膜层其顶表面进行预定离子掺杂，以在碳化硅薄膜层的顶表面上形成参数不同的阻隔面，以用于阻隔延伸至碳化硅薄膜层中的位错缺陷，避免位错缺陷在碳化硅薄膜层中进一步向上传播。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种碳化硅衬底上的缓冲层及其形成方法，以及一种碳化硅外延片及其形成方法。

背景技术

碳化硅（SiC）作为一种宽禁带半导体材料，具有高热导率、高击穿电场、高饱和电子漂移速率和高键合能等突出优点，其优异的性能能够满足现代电子技术对高温、高频、高功率和抗辐射等方面的要求。

然而，碳化硅衬底的质量和表面并不能够满足直接制造器件的要求，例如碳化硅衬底中通常存在较多的位错缺陷（包括穿透型螺位错缺陷、穿透型刃位错缺陷和基面层错缺陷等）。为此，一般要在碳化硅衬底的表面上外延生长碳化硅外延层，该外延层具有更高的质量，其电学性能优于碳化硅衬底，并且具有更好的可控性和可重复性。

但是，外延生长的过程中，碳化硅衬底中的部分位错缺陷会传播至外延层中，导致碳化硅衬底中的位错缺陷会随着生长延伸到碳化硅外延层中，使得碳化硅外延层中仍存在有一定数量的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅衬底上的缓冲层及其形成方法，以解决碳化硅衬底中的位错缺陷容易外延至其上方的膜层中的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种碳化硅衬底上的缓冲层的形成方法，包括：步骤一，在碳化硅衬底的表面上形成碳化硅薄膜层；步骤二，采用预定离子对当前碳化硅薄膜层进行表面处理，使当前碳化硅薄膜层靠近顶表面的顶部掺杂区中掺杂有预定离子，以增大所述顶部掺杂区中的预定离子浓度，所述顶部掺杂区的厚度小于10nm，并且同一碳化硅薄膜层中顶部掺杂区的厚度还小于顶部掺杂区下方部分的厚度；步骤三，在当前碳化硅薄膜层上再次形成碳化硅薄膜层；至少循环执行一次步骤二和步骤三，以形成至少两层碳化硅薄膜层。

可选的，将所述碳化硅衬底置于同一工艺腔室中以依次执行所述步骤一至所述步骤三。

可选的，所述步骤一包括向所述工艺腔室中通入碳源气体和硅源气体，以形成所述碳化硅薄膜层；以及，所述步骤二包括停止通入碳源气体和硅源气体，之后通入预定离子供应源至所述工艺腔室中，以对碳化硅薄膜层的顶表面进行掺杂；以及，所述步骤三包括停止通入预定离子供应源，之后通入硅源气体和碳源气体以再次生长碳化硅薄膜层。

可选的，所述预定离子为N型掺杂离子或P型掺杂离子。进一步的，所述N型掺杂离子为氮离子或磷离子，所述P型掺杂离子为铝离子或硼离子。

可选的，所述碳化硅薄膜层的厚度为10nm～200nm。以及，所述缓冲层的厚度例如为200nm～1000nm。

可选的，至少循环执行两次或两次以上的步骤二和步骤三，以形成多层碳化硅薄膜层。

本发明的提供的一种碳化硅外延片的形成方法，包括：提供碳化硅衬底；采用如上所述的形成方法在所述碳化硅衬底上依次形成至少两层碳化硅薄膜层，以构成缓冲层；以及，在所述缓冲层上形成外延层。

本发明还提供了一种基于如上所述的形成方法所制备出的碳化硅衬底上的缓冲层，所述缓冲层包括形成在碳化硅衬底上的至少两层碳化硅薄膜层，并且相邻的碳化硅薄膜层中至少位于下层的碳化硅薄膜层靠近顶表面的顶部掺杂区中掺杂有预定离子，以增大所述顶部掺杂区中的预定离子浓度，所述顶部掺杂区的厚度小于10nm，并且同一碳化硅薄膜层中顶部掺杂区的厚度还小于顶部掺杂区下方部分的厚度。

此外，本发明还提供了一种碳化硅外延片，其包括如上所述的碳化硅衬底上的缓冲层。