[发明专利]一种碳化硅外延生长的控制方法

说明书

本发明涉及一种碳化硅外延生长的控制方法，包括将衬底置于封闭腔室，通入碳源和硅源，在所述衬底表面生长外延层，定义所述碳源的流量初始值为asccm，结束值为b sccm；所述硅源的流量初始值为a＇sccm，结束值为b＇sccm，当所述碳源的流量为b sccm，并且所述硅源的流量为b＇sccm时开始所述外延层的生长；则在T s内分k段，将所述碳源的流量由a sccm变化至b sccm，同时在T s内分k＇段将所述硅源的流量由a＇sccm变化至b＇sccm，所述碳源和所述硅源的流量变化使用分段式控制法，与常规线性缓变变化相比，该方法有利于提高外延表面质量，同时可以生长出更薄厚度的过渡层，提高外延长层的厚度精度。

技术领域

本发明涉及碳化硅技术领域，尤其是一种碳化硅外延生长的控制方法。

背景技术

碳化硅外延材料在单晶硅、多晶硅、智能装备、航空航天、电动汽车、轨道交通、新能源开发、工业电机以及家用电器等众多领域具有广泛的运用应用，是国家产业导向优先发展的对象。

目前，碳化硅外延层皆使用线性缓变的方法进行不同气源流量之间的切换，线性缓变的一般过程为在规定时间内，气源流量匀速变化，目前行业内普遍使用线性变化的方式去完成气源流量之间的变化，目前市场上的外延炉设备的气源流量变化默认使用线性变化，且设备本身仅有线性变化方式，同时行业内的人没有去关注和尝试改变过渡层的气源流量变化方式对外延质量的影响。

专利申请CN102646578A公开了一种提高碳化硅多层结构外延材料批次间掺杂浓度均匀性的方法，是以化学汽相淀积生长技术为基础，对偏向11-20方向8°的(0001)硅面碳化硅衬底预处理后，使用纯硅烷和纯丙烷作为生长源，氢气作为载气和稀释气体，选择氮气作为掺杂剂实现n型掺杂。该方法在每个外延层的厚度及掺杂浓度设定不同的生长速率及进气端碳硅比，采用低速外延的方法结合降低进气端碳硅比的方法生长高掺杂浓度的薄层外延，采用高速外延结合提高进气端碳硅比的方法生长高阻厚层外延，并采用高速外延的方法生长所需浓度及厚度的沟道层，以降低背景记忆效应。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的碳化硅外延生长技术中的不足，提供一种碳化硅外延生长的控制方法。

最理想的技术是无过渡层，缓冲层的源气流量直接切变至外延源气流量，目前技术无法满足该要求，传统碳化硅外延生长缓冲层源气流量变化至外延层源气流量采用线性缓变方式，与之对应地必然在缓冲层表面形成一层过渡层，为了使过渡层的厚度尽可能的薄，只能减少变化时间，这样会使源气流量变化速度过快，由于过渡层初期流量较小，源气流量变化速度过快会使得初期流量变化量占初始流量的比例过大，使得初期流量不稳定，从而导致外延表面质量较差。显然，按照目前线性缓变的方式，无法在过渡时间短的同时实现外延表面质量的提高。而过渡时间长就意味着过渡层生长太厚。

为此，发明人关注到目前的过渡层的源气流量变化方式存在不足，突破常规，考虑完全不同的流量变化方式：人为控制气源流量变化速度，在过渡层初期流量变化速度较小，流量变化速度随着时间不断增加，达到前慢后快的效果，这种方式与线性变化方式相比，可以在相同时间内变化相同流量的同时，生长出更薄的过渡层厚度，同时又能保证过渡层初期流量变化量占初始流量较小的比例，保证外延稳定生长。

目前，行业内普遍使用线性缓变的方式去完成气源流量之间的变化，市场上的外延炉设备的气源流量变化方式默认使用线性变化，且设备本身仅有线性变化方式，同时行业内的人没有去关注和尝试改变过渡层的气源流量变化方式对外延质量的影响，因此现有方法无法实现分阶段控制，由此发明人提出通过数学变换的方式，人为控制转变点和转变值，经试验证实可以获得了产品质量的高度提升，包括：产品碳化硅外延片的表面粗糙度Rq＝0.144nm＜0.15nm，外延表面致命缺陷密度(包含三角形，胡萝卜和掉落缺陷)＝0.292个/cm²＜0.3个/cm²。与常规线性缓变变化相比，该方法可以在同等的过渡时间内生长出更薄厚度的过渡层，并保证提高外延长层的厚度精度，以及产品品质。

具体方案如下：