[发明专利]一种SiC外延速率切换的方法

说明书

本发明公开了一种SiC外延速率切换的方法。以化学汽相淀积生长技术为基础，在大差异外延速率切换过程中，采用小变化阶梯式的速率变化模式，平稳地在外延过程中实现了速率的切换，对比业内常用的外延速率线性变化模式，本方法可以实现更加清晰、陡峭的掺杂界面，且该方法兼容于常规的SiC外延工艺，具有较高的推广价值。

技术领域

本发明提出的是一种SiC外延速率切换的方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术

碳化硅（SiC）是一个优秀的材料。对比传统的硅材料，它拥有10倍的击穿场强，3倍的热导率，3倍的禁带宽度。SiC器件是推动电力电子技术发展的支撑。对比基于硅以及氮化镓功率器件，SiC器件最大的优势在于高压以及超高压应用。SiC器件的设计结构主要通过同质外延生长的方式来实现。器件耐压和外延层的厚度成正比，因此高压以及超高压SiC器件的研制必须基于厚层SiC外延材料。为了降低能耗以及外延过程中的掉落物，高速外延技术必不可少。

如果在SiC衬底上直接进行高速外延，势必会产生大量的外延缺陷。业内一般都会采用低外延速率先生长一层高掺杂浓度的缓冲层，然后再采用线性变化的方式将外延速率提高至设定值。SiC外延速率和生长源流量成正比，速率提升一般都是采用提高生长源流量的方式来实现。SiC外延的生长源主要包括硅源和碳源，虽然在速率提升过程中硅烷和碳源按等比例变化，但是由于硅团簇的原因，在不同的硅源流量下，有效硅源的量并不相同，因此在生长速率线性变化过程中，实际碳硅比也在变化，因此在生长速率线性变化的过程中很难实现固定掺杂浓度的外延层的生长。造成外延结构界面不清晰，从而影响外延层厚度测试的准确性。同时实际碳硅比的不断变化也会在外延速率线性变化过程中引入外延缺陷。

发明内容

为了克服以上现有技术的缺陷，本发明提出了一种SiC外延速率切换的方法，在大差异外延速率切换过程中，采用小变化阶梯式的速率变化模式，平稳地在外延过程中实现了速率的切换，工艺过程如图1所示。对比本领域常用的外延速率线性变化模式，本发明提供的方法可以实现更加清晰、陡峭的掺杂界面，同时还有助于抑制外延缺陷。

技术方案：

一种SiC外延速率切换的方法，包括以下步骤：

步骤一，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SiC外延设备反应室内的石墨基座上；

步骤二，采用氩气对反应室气体进行置换，向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至60-120L/min，选用氢气或者氩气作为气浮气体推动石墨基座旋转，设置反应室压力为80-200 mbar，将反应室逐渐升温至生长温度，达到生长温度后维持反应室温度5-15分钟，对衬底进行纯氢气刻蚀；

步骤三，向反应室通入硅源和碳源，控制硅源和氢气的流量比Si/H₂小于0.03%，控制进气端碳硅比C/Si≤0.9，并通入n型或p型掺杂源，生长高掺缓冲层；

步骤四，提高硅源流量，控制硅源流量增量不高于步骤三中的硅源流量数值，控制进气端0.7≤C/Si≤1.2，并调整n型掺杂源或者p型掺杂源的流量，生长厚度0.05-0.2μm，掺杂浓度和步骤三中生长的高掺缓冲层掺杂浓度相同的外延层；

步骤五：重复步骤四，直至硅源流量、碳源流量改变至生长外延结构中外延层所需的设定值；

步骤六：改变掺杂源流量至生长外延结构中外延层所需的设定值，完成外延层的生长；

步骤七：在完成外延结构生长之后，关闭生长源和掺杂源，在氢气气氛中将反应室温度降温至室温，反应室温度达到室温后将氢气排外后，通过氩气对反应室内的气体进行置换，最终用氩气将反应室压力充气至大气压后，开腔取片。

进一步，所述的SiC外延速率切换的方法，步骤二中将反应室逐渐升温至生长温度为1600-1700℃。