[发明专利]降低半导体外延内记忆效应的方法

说明书

本发明涉及降低半导体材料的外延生长过程中的记忆效应的方法，和更特别地涉及化学气相沉积方法，其中所述方法利用气体混合物吹扫外延生长反应之间的反应腔室，并提供半导体电性能的改进再现性。

外延常用于半导体工业上，和尤其用于制造硅基半导体材料中。在CVD外延中，典型地使用化学气相沉积(CVD)方法，该方法包括传输前体气体到含有基底的生长或反应腔室(其中选择所述基底以确定所得CVD膜的晶体结构)，沉积/吸附反应物在基底表面上，和解吸副产物，所述副产物被传输至耗尽。另外，在生长工艺过程中，可采用杂质掺杂外延层，以便控制该层的电性能。可由在SiC基底上外延生长的n-和p-掺杂的SiC的连续层，构造碳化硅(SiC)半导体器件。掺杂剂类型和浓度常常用字母“n”或“p”表示，它们分别是指生成电子或空穴的杂质，和借助“+”或“-”分别是指高和低的掺杂剂浓度。高浓度的范围典型地为5×10¹⁷cm^-3-1×10²⁰cm^-3，而低浓度范围为5×10¹³cm^-3-5×10¹⁷cm^-3。在SiC、Si或SiGe CVD方法中所使用的典型掺杂剂包括硼(前体气体B₂H₆或BCl₃)，磷(前体气体PH₃或(CH₃)₃P)，和铝(前体气体(CH₃)₃Al)和砷(AsH₃)。

用于SiC CVD方法的典型的气态前体包括硅烷(R_xSiH_(4-x)或R_xSiCl_(4-x)，其中R可以是H或烃)和烃(CH₄，C₃H₈)。用于硅CVD方法的典型的气态前体是硅烷(H_xSiH_(4-x)或H_xSiCl_(4-x))。

在GaAs CVD方法中使用的典型掺杂剂是硅烷(H_xSiH_(4-x)或H_xSiCl_(4-x))，有机-锌化合物，或含碳气体(CH₄，CCl₄)，和典型的气态前体是三甲基镓和砷。

在GaN CVD方法中所使用的典型掺杂剂是硅烷(H_xSiH_(4-x)或H_xSiCl_(4-x))，有机-镁化合物，或含碳气体(CH₄，CCl₄)，和典型的气态前体是三甲基镓，氮和/或氨。

然而，在生长反应过程中，部分反应的前体和/或掺杂剂气体可能临时捕获在低流动区域内或者反应腔室内的多孔材料中。另外，辅助沉积物可能在含掺杂剂的反应池壁上形成。潜在释放和/或气化部分反应的前体和辅助沉积物可导致外延层电性能的不可再现性。这一现象常常称为“记忆效应”。例如，当使用三甲基铝(TMAl)掺杂剂生长p-型碳化硅时，它可扩散到含石墨材料的CVD真空腔室的反应区内。含铝的SiC也在反应池壁上形成。随着时间流逝在反应腔室内循环该方法将蒸发沉积物并吸引“捕获”的铝掺杂剂返回到反应区内，在此它然后可掺入到新形成的外延层内。在新掺杂的膜是n-型膜的情况下，这是非所需的，因为来自辅助SiC沉积物的残留的p-型杂质也将掺杂SiC，从而有效地抵消n-型掺杂剂的电效应，即该腔室已经“记忆”前一p-型生长工艺。

由于难以预期记忆效应现象和返回到该工艺内的TMAl掺杂剂的量，因此该效应导致在外延层内掺杂浓度的不可再现性。

尽管机械清洁或更换污染的CVD感受器部件是可能的解决方法，但成本高，且对于连续多层生长例如p+/p-结构来说是不实际的。