[发明专利]一种含超级结的3C-SiC外延结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含超级结的3C‑SiC外延结构及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在衬底上生长N型外延层；由N型外延层的表面向下刻蚀沟槽；向沟槽内填充P型外延层；CMP抛光，抛去在填充的过程中台面顶部过生长的外延层，直至得到表面光滑的N型、P型交替的外延层表面；在表面光滑的N型、P型交替的外延层表面上生长3C‑SiC外延层。本发明通过在3C‑SiC外延层之下设置超级结结构，补偿了3C‑SiC器件耐压低的劣势。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种含超级结的3C-SiC外延结构及其制备方法。

背景技术

SiC作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有宽禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率及高载流子饱和速率等特性。上述材料优势使得SiC功率半导体器件在新能源汽车、轨道交通、光伏、智能电网等中高耐压等级应用领域具有广阔的发展前景。

SiC的一个显著特点是具有多种同质异型体，SiC的晶体结构按对称性可分为三大类型：立方、六方和菱形。4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC、15R-SiC等晶型是SiC众多同质异晶型结构中常见的几种。在SiC的同质异型体中，3C-SiC是唯一具有闪锌矿结构的半导体，称为β-SiC。而具有六方或菱形结构的同质异晶型，如：4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC，称为α-SiC。

目前4H-SiC器件已经广泛应用于电动汽车领域，然而3C-SiC材料的潜力尚未挖掘。对比3C-SiC和4H-SiC材料特性，3C-SiC饱和电子漂移速度(2.5×10⁷cm/s)是4H-SiC(2.0×10⁷cm/s)的1.25倍，电子迁移率(1000cm²/V·s)比4H-SiC(947cm²/V·s)高，热导率(5W/cm·℃)比4H-SiC(4.9W/cm·℃)高，较高的饱和电子漂移速度和迁移率决定了3C-SiC器件具有优良的微波特性，高的热导率有利于器件散热，这使得3C-SiC在高温高频场效应晶体管器件方面具有广泛的应用前景。

但3C-SiC的禁带宽度(2.3eV)比4H-SiC(3.2eV)低0.9eV，临界击穿场强(2.1MV/cm)比4H-SiC(3.2MV/cm)低1.1eV。较低的禁带宽度意味着3C-SiC在相同的辐照条件下产生更多的电子空穴对，当本征激发所产生的载流子浓度超过掺杂浓度时，会导致半导体器件的失效。较低的临界击穿场强意味着对于击穿电压相同的器件，3C-SiC器件所需的耗尽区宽度更宽，掺杂区的掺杂浓度更低，以阻断高压，从而导致器件的导通电阻大幅度的增加。其中，功率半导体器件的理论阻断电压和比导通电阻之间存在一维极限关系：Ron,sp∝BV^2.3～2.5。而3C-SiC临界击穿场强较低，限制了其在高压领域的应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种含超级结的3C-SiC外延结构及其制备方法，通过在3C-SiC外延层之下设置超级结结构，补偿了3C-SiC器件耐压低的劣势。

并进一步在向沟槽内填充P型外延层之前，在沟槽内续长了本征4H-SiC缓冲层，以缓解晶格失配，提高晶体质量。

并在3C-SiC外延层生长之前，在表面光滑的N型、P型交替的外延层表面上进行了图形化处理，以生长缺陷较少的3C-SiC薄膜，抑制界面缺陷向薄膜内传播，获得表面平整的3C-SiC薄膜。

本发明采取的技术方案为：

一种含超级结的3C-SiC外延结构制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在衬底上生长N型外延层；

(2)由N型外延层的表面向下刻蚀沟槽；

(3)向沟槽内填充P型外延层；