[发明专利]一种混合生长源的碳化硅生长方法

说明书

本发明公开了一种混合生长源的碳化硅生长方法，介绍了混合生长源的生长工艺以及混合生长源等效分子式的计算方法。采用混合生长源，可以实现对生长源的耗尽方式的精细调节。通过改变混合生长源的比例，可以调节生长源的耗尽分布，避免进气端以及出气端富硅沉积物的形成，有效延长反应室备件使用寿命；同时采用混合生长源，可以提高生长源耗尽分布中线性耗尽区域的比例，使外延生长具有更宽的工艺窗口，易于实现理想的外延片内均匀性。工艺兼容于常规的SiC外延工艺，适用于现有商业化的单片以及多片式外延炉，具有较高的推广价值。

技术领域

本发明涉及一种混合生长源的碳化硅（SiC）生长方法，适用于单片外延炉以及行星式多片外延炉。通过采用混合生长源，可以对单一生长源的耗尽方式进行精细调节，从而实现生长源耗尽分布方式的优化。该方法不仅可以提高备件的使用寿命，还能提高大尺寸碳化硅外延的片内均匀性。

背景技术

SiC是第三代新型半导体材料，具有非常优异的材料性能。室温下SiC禁带宽度达3.0eV，击穿电场超过3×10⁶V/cm，热导率高达4.9W/cm•℃，电子饱和漂移速度达2×10⁷cm/s，是研制高性能功率器件的理想材料。

基于化学气相沉积技术（CVD）的外延生长是在SiC衬底上实现功率器件所需要结构的主要途径。在SiC CVD中，采用氢气作为载气以及稀释气，氩气作为保护气体，氯化氢作为辅助气体，生长源包括硅源以及碳源。其中硅源主要使用硅烷（SiH₄）及三氯氢硅（SiHCl₃）等含硅前驱体，碳源主要采用丙烷（C₃H₈）及乙烯（C₂H₄）等短链烃前驱体。目前，SiC外延工艺一般都是采用单一碳源和硅源进行外延生长，如SiH₄+C₃H₈+HCl+H₂系统或者SiHCl₃+C₂H₄+H₂系统等。

受生长源自身的物理化学性质限制，生长源在定型的SiC外延炉中耗尽方式基本上是固定的，因此采用单一的生长源的外延工艺存在一定的弊端。以碳源系统为例进行分析，在CVD外延炉中碳源的热分解温度不同，其在反应室内部的耗尽分布方式是不一样的。如图1所示，C₃H₈对比C₂H₄，热分解温度更高，其有效碳源的浓度峰值出现的位置更加偏向于出气端的位置。采用C₃H₈作为单一的碳源前驱体，在反应室基座（susceptor）的靠近进气端的位置（图1中A的位置），反应气体中的有效碳源浓度低，容易出现一些富硅的沉积物，对比计量平衡的多晶碳化硅，富硅的沉积物容易导致备件变形，且在清除过程中不容易去除。反之采用C₂H₄作为单一的碳源前驱体，在反应室基座的靠近出气端的位置（图1中B的位置），反应气体中的有效碳源浓度低，容易出现一些富硅的沉积物。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出了一种混合生长源的碳化硅生长方法。本发明的采用混合生长源的碳化硅生长方法的技术方案如下：

一种混合生长源的碳化硅生长方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1） 选取偏向<11-20>方向4°或者8°的硅面碳化硅衬底，将衬底置于石墨基座内；

2） 将石墨基座放入反应室内，利用氩气置换空气后，将反应室抽至真空后向反应室通入氢气，保持H₂流量60~120L/min，系统升温至生长温度1500-1680℃后，维持生长温度1~10分钟，对衬底进行原位氢气刻蚀；