[发明专利]一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法

权利要求书

1.一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤：

（1）衬底准备：选取Si 衬底，并对其进行标准清洗待用；

（2）生长前处理：使用氢气H₂原位刻蚀对衬底进行生长前表面预处理，H₂的流量为60～90L/min，反应室压力为80～200mbar，温度为900～1100℃，处理时间为5～15min ；

（3）碳化过程：当温度升至1100～1250℃时开始通入40～100ml/min 丙烷C₃H₈，反应室压力为50～80mbar，开始碳化，碳化时间为2～10min ；

（4）第一次生长：当温度升至1250～1350℃时开始生长碳化硅薄膜，生长源为硅烷SiH₄和C₃H₈，其中硅烷SiH₄流量为5～10ml/min，C₃H₈流量为5～10ml/min，载气H₂的流量为90～150L/min，生长压力为80～200mbar，生长时间为5～30min ；

（5）原位刻蚀：使用H₂对第一次生长的外延片进行表面原位刻蚀，H₂的流量为90～150L/min，反应室压力为80～200mbar，刻蚀温度为生长温度，刻蚀时间为5～20min ；

（6）第二次生长：保持生长温度和压力不变，提高生长源SiH₄和C₃H₈流量，其中SiH₄流量至15～50ml/min，C₃H₈流量至15～50ml/min，开始外延碳化硅薄膜，生长时间由外延层厚度决定。

2.根据权利要求1 所述的一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述Si 衬底包含但不限于Si(100) 和Si(111) 晶向衬底，且包括2～8 英寸的P型、N型和高阻Si衬底。

3.根据权利要求1 所述的一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述生长前处理是为了去除衬底表面氧化层和沾污，其氢气流量既要保证能够去除氧化层又要不能过处理。

4.根据权利要求1 所述的一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述碳化过程通过在低碳化压力下通入40～100ml/min 的大流量C₃H₈得到高质量碳化硅缓冲层。

5. 根据权利要求1 所述的一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述第一次生长和第二次生长过程中使用的碳硅比分别为3:1～6:1 和2:1～4:1。

6. 根据权利要求1 所述的一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述第一次外延生长通过分别为5～10mL/min 的小流量SiH₄和C₃H₈以及大于3的高碳硅比，实现低速高质量外延生长，形成一层0.1～0.6μm厚的高质量β-碳化硅缓冲层。

7.根据权利要求1 所述的一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述第一次外延生长之后的原位刻蚀，可以减少表面缺陷，提高后续外延层晶体质量。

8.根据权利要求4 所述的一种优化的在硅衬底上外延生长β-碳化硅薄膜的方法，其特征是所述第二次生长通过提高SiH₄和C₃H₈流量及较第一次外延低的碳硅比，在所述缓冲层上实现5～25μm/h 的外延生长，生长温度和压力与第一次生长相同，根据外延需要可实现厚度1～50μm 范围内精确可控。