一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107492482A(43)申请公布日2017.12.19(21)申请号201710586010.1(22)申请日2017.07.18(71)申请人李哲洋地址210023江苏省南京市栖霞区仙林大道163号(72)发明人李哲洋(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人黄智明(51)Int.Cl.H01L21/02(2006.01)H01L21/324(2006.01)C23C16/44(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法(57)摘要本发明公开了一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，主要采用低速高碳硅比以及高速低碳硅比工艺结合，周期性生长所需的厚层碳化硅外延层，对比单一的低速高碳硅比工艺，有效提高了外延层的生长速率。同时结合高温退火处理，利用化学气相沉积热力学平衡条件下碳元素的迁移达到消除碳空位的目的，实现了原位生长过程中碳空位的有效修复，达到了提高碳化硅外延层载流子寿命的目的。采用本发明申请提供的外延方法生长的外延材料在外延完成后不需再利用离子注入或高温氧化的后期处理，兼容于现有商业化碳化硅外延炉的基础工艺，具有极大的推广价值。CN107492482ACN107492482A权利要求书1/2页1.一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1）选取偏向<11-20>方向4°或者8°的硅面碳化硅衬底，将其置于石墨基座内；（2）采用氩气对反应室气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至60~120L/min，设置反应室的压力为80~200mbar，并将反应室逐渐升温至1550~1700℃；（3）到达设定温度后，打开硅源、碳源以及掺杂源的进气阀，并将各类源通入排外气路，通过质量流量设定各类源的流量，使其满足步骤（4）中生长缓冲层所需要的流量要求，保持其他参数不变，对碳化硅衬底进行5~15分钟原位氢气刻蚀处理；（4）控制硅源和氢气的流量比≤0.03%，控制碳源的流量满足0.5≤C/Si比≤1，向反应-3室通入设定好流量的硅源、碳源以及掺杂源，生长厚度为0.5-10μm，掺杂浓度1~2E18cm的高掺缓冲层；（5）将硅源、碳源及掺杂源转至排外气路，保持反应室压力、生长温度以及氢气流量不变，在30秒内将各类源的流量渐变至步骤（6）中所需要的流量值；（6）控制硅源和氢气的流量比≤0.02%，控制碳源的流量满足1.5≤C/Si比≤1.8，向反应室通入设定好流量的硅源、碳源以及掺杂源，生长厚度0.5-1.5μm，满足器件设计掺杂浓度的外延层；（7）将硅源、碳源及掺杂源转至排外气路，保持反应室压力、生长温度以及氢气流量不变，在30秒内将各类源的流量渐变至步骤（8）中所需要的流量值，而掺杂源流量则根据在工艺条件变化的情况下掺杂源掺杂效率的变化进行调节；（8）控制硅源和氢气的流量比≥0.12%，控制碳源的流量满足0.6≤C/Si比≤0.9，向反应室通入设定好流量的硅源、碳源以及掺杂源，并根据工艺需要选择是否加入氯化氢气体，控制Cl/Si比≤3，生长厚度5-10μm，满足器件设计掺杂浓度的外延层；（9）重复步骤（5）~（8）一定次数，使步骤（6）和（8）中生长的外延层厚度累计达到器件设计需求；（10）关闭硅源和掺杂源，在步骤（8）中通入氯化氢的情况下还需要关闭氯化氢，保持其他参数不变，对碳化硅衬底进行10~20分钟原位退火处理；（11）在退火完成后，关闭碳源，在氢气氛围中将反应室温度降至室温，然后将氢气排出，并通入氩气对反应室气体进行多次置换，并利用氩气将反应室压力提高至大气压，然后开腔取片。2.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：硅源采用硅烷、二氯氢硅、三氯氢硅或四氯氢硅，碳源采用甲烷、乙烯、乙炔或丙烷。3.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：步骤（6）和步骤（8）中生长的外延层具有相同的掺杂浓度。4.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：步骤（6）采用的条件为高进气端碳硅比的低速外延生长。5.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：步骤（8）采用的条件为低进气端碳硅比的高速外延生长。6.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：器件结构中的外延层通过重复步骤（5）~（8）一定次数，使步骤（6）和（8）中生长的外延层厚度累计达到器件设计需求。2CN107492482A权利要求书2/2页7.根据权利要求1所述的一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：步骤（10）采用的条件为富碳气氛