[发明专利]提高碳化硅多层结构外延材料批次间掺杂均匀性的方法

权利要求书

1.一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，其特征是该方法包括如下工艺步骤：

一、选取偏向<11-20>方向8°的硅面碳化硅衬底（1），将衬底置于有碳化钽涂层的石墨基座上；

二、系统升温至1400℃，设置压力为100mbar，在H₂流量80L/min、Ar流量3L/min和C₃H₈流量10ml/min气氛下在线对衬底表面进行处理，去除表面的损伤和沾污，处理时间为温度从1400℃升温到实际生长温度1570℃所需时间在30分钟之内；

三、当温度升温至外延生长温度1570℃时，通入生长源硅烷及丙烷进行生长，并根据外延层的掺杂浓度及厚度选择不同的生长源流量、进气端碳硅比以及掺杂源氮气流量；

当外延层厚度处于0-1微米区间，掺杂浓度大于10¹⁸ cm^-3时选用硅烷和丙烷流量分别为5-10ml/min和1.75-3.5ml/min，进气端碳硅比为1.05，氮气流量为600-1800ml/min，生长温度设定为1570℃，反应室压力100mbar，生长时间根据外延层厚度设定；

当外延层厚度处于1-5微米区间，掺杂浓度位于5×10¹⁶-10¹⁸ cm^-3区间，选用硅烷和丙烷流量分别为10-20ml/min和5-10ml/min，进气端碳硅比为1.5，氮气流量200ml/min至600ml/min，生长温度设定为1570℃，反应室压力100mbar，生长时间根据外延层厚度设定；

当外延层厚度大于5微米，掺杂浓度小于5×10¹⁶时，选用硅烷和丙烷流量分别为20-50ml/min和12-30ml/min，进气端碳硅比大于等于1.8，氮气流量0ml/min至200ml/min，生长温度设定为1570℃，反应室压力100mbar，生长时间根据外延层厚度设定；

四、在上层碳化硅外延完成生长之后，使用步骤三的方法选择下一层碳化硅外延层所用的生长源流量、进气端碳硅比以及掺杂源氮气流量，并通过爬坡的方法将生长源及掺杂源调节至所需要的流量，期间硅烷及氮气通向排外气路，丙烷通向反应室，爬坡过程为1分钟；

五、当生长源及掺杂源爬坡至所需要的流量后，将硅烷及氮气通入反应室进行碳化硅外延层的生长；

六、根据外延结构的层数重复步骤四和步骤五；

七、在完成所需外延结构生长之后，关闭生长源和掺杂源，降温。

2.如权利要求1所述的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，其特征是所述硅面碳化硅衬底（1）选自4H、6H的多型碳化硅。

3.如权利要求1所述的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，其特征是所述硅面碳化硅衬底（1）为n⁺导电碳化硅衬底。

4.如权利要求1所述的一种提高碳化硅肖特基二极管结构外延材料批次间掺杂浓度均匀性的方法，其特征所述外延碳化硅使用硅烷（SiH₄）和丙烷（C₃H₈）作为生长源物质，分别采用氮气（N₂）作为n型掺杂剂。

5.如权利要求1所述的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，其特征是根据外延层的掺杂浓度及厚度，每一层外延选择不同的生长源流量、进气端碳硅比以及掺杂源氮气流量。

6.如权利要求1所述的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，其特征是当外延层厚度处于0-1微米区间，掺杂浓度大于10¹⁸ cm^-3时选用硅烷和丙烷流量分别为5-10ml/min和1.75-3.5ml/min，进气端碳硅比为1.05。

7.如权利要求1所述的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，其特征是当外延层厚度处于1-5微米区间，掺杂浓度位于5×10¹⁶-10¹⁸ cm^-3区间，选用硅烷和丙烷流量分别为10-20ml/min和5-10ml/min，进气端碳硅比为1.5。

8.如权利要求1所述的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，其特征是当外延层厚度大于5微米，掺杂浓度小于5×10¹⁶时，选用硅烷和丙烷流量分别为20-50ml/min和12-30ml/min，进气端碳硅比大于等于1.8。