提高碳化硅外延兼容性的方法.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CN106653582A(43)申请公布日2017.05.10(21)申请号201611159138.1(22)申请日2016.12.15(71)申请人中国电子科技集团公司第五十五研究所地址210016江苏省南京市秦淮区中山东路524号(72)发明人李赟(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.H01L21/04(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称提高碳化硅外延兼容性的方法(57)摘要本发明公开了一种提高碳化硅外延兼容性的方法，是在使用时选择外延炉支持的最大尺寸的石墨基座。当放入小尺寸衬底时，放入合适尺寸的填充片，当衬底尺寸和基座尺寸相同时，则不需要加入填充片。本方法通过引入和衬底具有相同掺杂类型、晶面晶向以及表面形貌的填充片的方式，使衬底区域得以延伸，从而使不同尺寸衬底对应的基座以及衬底区域比例接近，使源在实际衬底上的耗尽速率连续变化，避免边缘效应。同时通过填充片的引入，使得源在不同尺寸衬底上方相同位置的浓度相似，从而提高了不同尺寸基座的兼容性；同时也可在多片式外延炉中实现不同尺寸衬底的同时生长，极大程度的减少了片间偏差。CN106653582ACN106653582A权利要求书1/1页1.一种提高碳化硅外延兼容性的方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)选用外延炉支持的最大尺寸的石墨基座；(2)基座中放入碳化硅衬底，根据衬底尺寸在石墨基座的衬底坑中放入合适尺寸的填充片，用于固定衬底；衬底尺寸与石墨基座尺寸相同时，不需要放入填充片；(3)将石墨基座放入反应室大盘内，将反应室中的空气置换为氩气，再将反应室抽至真空后通入氢气，保持氢气流量为60-120L/min；等系统升温至1300-1450℃时，将反应室的压力设置为100-200mbar，继续向反应室通入氯化氢气体，保持HCl/H2的流量比范围为0.01％-0.25％；(4)等系统继续升温至1500-1550℃时，关闭氯化氢气体，同时保持氢气流量和反应室压力不变；(5)系统继续升温，达到生长温度1570-1680℃后，维持生长温度2～10分钟；(6)向反应室通入硅源和碳源，控制硅源和氢气的流量比小于0.025％；调节碳源流量，控制进气端C/Si比小于等于1，通入氯化氢气体，控制Cl/Si比为2-6，通入氮气，生长n型缓冲层；(7)采用线性缓变的方式改变生长源和掺杂源的流量，至生长外延结构所需的设定值，生长外延结构；(8)完成外延结构的生长后，关闭生长源和掺杂源，在氢气氛围中将反应室温度降至室温，反应室温度达到室温后将反应室抽至真空，再向反应室中充入氩气，将反应室充至大气压，然后打开反应室，取出外延片。2.根据权利要求1所述的提高碳化硅外延兼容性的方法，其特征在于：所述填充片是选用与放置在基座上的碳化硅衬底具有相同的掺杂类型、晶面晶向、表面形貌和厚度以及与基座具有相同尺寸的碳化硅衬底，在中心位置加工出与基座上的碳化硅衬底尺寸相同的圆形空位。3.根据权利要求2所述的提高碳化硅外延兼容性的方法，其特征在于：所述圆形空位的直径为基座上的碳化硅衬底直径的1.05-1.1倍。4.根据权利要求1所述的提高碳化硅外延兼容性的方法，其特征在于：填充片可以重复使用，重复使用过程中，当填充片的外延厚度达到200-500微米，进行机械抛光或化学机械抛光，去除填充片上的外延层。5.根据权利要求1所述的提高碳化硅外延兼容性的方法，其特征在于：所述碳化硅衬底选取偏向<11-20>方向4°或者8°的硅面碳化硅衬底。6.根据权利要求1所述的提高碳化硅外延兼容性的方法，其特征在于：所述外延炉为单片式外延炉或者行星式多片外延炉。2CN106653582A说明书1/3页提高碳化硅外延兼容性的方法技术领域[0001]本发明涉及一种碳化硅外延片的生长方法，尤其涉及一种提高碳化硅外延兼容性的方法。背景技术[0002]SiC是继Si和GaAs等材料之后发展起来的第三代新型半导体材料，室温下SiC禁带宽度达3.0eV，击穿电场强度达3×106V/cm，热导率达4.9W/cm·℃，电子饱和漂移速度达2×107cm/s。优越的材料特性使得SiC成为高性能电子器件的理想材料。经过十几年的发展，SiC外延晶片尺寸、晶体质量、均匀性等指标有了大幅的提升，目前商业化的SiC衬底尺寸已经上升至6英寸，但是大部分的SiC器件研制流水线依旧为3英寸或4英寸，因此SiC外延材料要求覆盖3-6英寸。[0003]目前商用SiC外延炉大部分为水平式外延炉，源在进气方向的耗尽导致源在衬底上方分布不均匀，通常采用气浮旋转的方式来降低由于源耗尽引起的不均匀性。源在反应室基座和衬底上的耗尽速率不同，通常