一种P型梯度掺杂碳化硅薄膜外延制备方法技术

本发明专利技术涉及一种P型梯度掺杂碳化硅薄膜外延制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）将碳化硅衬底放置到碳化硅CVD设备的反应室中，将反应室抽成真空；（2）向反应室通入H2直至反应室气压到达100mbar，保持反应室气压恒定，再将H2流量逐渐增至64l/min，继续向反应室通气；（3）打开高频线圈感应加热器RF，逐渐增大该加热器的功率，当反应室温度升高逐渐至1400℃进行原位刻蚀；（4）当反应室温度到达到1580℃-1600℃时，保持温度和压强恒定，向反应室通入C3H8和SiH4；将液态三甲基铝放置于鼓泡器中用作掺杂源，将一定量的H2通入鼓泡器中，使H2携带三甲基铝通入反应室中。

【技术实现步骤摘要】
一种P型梯度掺杂碳化硅薄膜外延制备方法
本专利技术属于半导体器件制造
，尤其涉及一种利用现有的碳化硅材料 M0CVD生长工艺，制备P型梯度掺杂碳化硅外延层的方法。
技术介绍
碳化硅具有宽带隙、高导热率、高击穿强度、高电子饱和漂移速度、高的硬度等优 点，也有着很强的化学稳定性。这些优良的物理和电学性能使碳化硅在应用上具有很多优 势。禁带宽使得碳化硅本征载流子在高温下仍能保持较低的浓度，因而能工作在很高的温 度下。高击穿场强使碳化硅可以承受高电场强度，这使得碳化硅可以用于制作高压，高功率 的半导体器件。高热导率使碳化硅具有良好的散热性，有助于提高器件的功率密度和集成 度、减少附属冷却设施，从而使系统的体积和重量大大地降低、效率则大大地提高，这对于 开发空间领域的电子器件极具优势。碳化硅的饱和电子迁移速度很高，这一特性也使它可 以用于射频或者微波器件，从而提高器件工作速度。 碳化硅材料的载流子浓度是材料和器件的基本电学参数。这一参数通过材料掺杂 控制来实现。因此，碳化硅外延材料的掺杂是器件制备中的关键工艺之一。然而，由于碳化 硅的键强度高，器件制作工艺中的掺杂不能采用扩散工艺，只能利用外延控制掺杂和高温 离子注入掺杂。高温离子注入会造成大量品格损伤，形成大量品格缺陷，即使退火也很难完 全消除，严重影响了器件的性能，且离子注入效率很低，因而不适合做大面积掺杂。同时，在 制备一些多层结构的半导体器件时，需要外延层纵向掺杂浓度的梯度可控。只有通过合理 调整生长参数，生长出掺杂达到预定要求的外延层，才能制作出性能符合要求的器件，因而 碳化硅外延层的梯度掺杂控制是目前器件制造中的一个很大的难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种P型梯度掺杂碳化硅外延 层的制备方法，利用碳化硅的CVD设备，制备出纵向掺杂浓度梯度可控的碳化硅外延层，满 足了制备梯度掺杂外延层的要求。 为实现上述目的，本专利技术的制备方法包括以下步骤。 (1)将碳化硅衬底放置到碳化硅CVD设备的反应室中，将反应室抽成真空； (2)向反应室通入H2直至反应室气压到达lOOmbar，保持反应室气压恒定，再将H 2 流量逐渐增至641/min，继续向反应室通气； (3)打开高频线圈感应加热器RF，逐渐增大该加热器的功率，当反应室温度升高 逐渐至1400°C进行原位刻蚀； (4)当反应室温度到达到1580°C -1600°c时，保持温度和压强恒定，向反应室通入 C3H8和SiH4 ;将液态三甲基铝放置于鼓泡器中用作掺杂源，将一定量的H2通入鼓泡器中，使 H2携带三甲基铝通入反应室中。当第一层P型掺杂层生长结束后，停止向反应室通入SiH4、 C3H8和携带有三甲基铝的H2并保持lmin，其间调整用于携带三甲基铝的H 2流量。之后继续 向反应室通入SiH4、C3H8和携带有三甲基铝的H2生长第二层P型掺杂层。 (5)当达到设定的外延生长时间后，停止生长，在反应室继续通入氢气，使衬底片 在氧气流中降温； (6)当温度降低到700°C以下后，再次将反应室抽成真空，然后缓慢充入氩气，使 衬底片在氩气环境下自然冷却到室温。 本专利技术与现有的技术相比，具有如下优点： 1.本专利技术采用三甲基铝作为掺杂源，掺入的铝原子能有效的替换碳化硅材料中硅 原子，形成替位杂质，相对于离子注入工艺，制备的重掺杂碳化硅材料品格完整，缺陷少，有 利于提1?器件性能。 2.本专利技术采用碳化娃的CVD外延设备，在碳化娃衬底或已有外延层的碳化衬底进 行外延，通过生长参数控制纵向掺杂浓度，可连续生长不同掺杂浓度的外延层，使器件的制 备工艺简化。 【附图说明】 通过参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例，本专利技术的以上和其它方面及 优点将变得更加易于清楚，在附图中： 图1是本专利技术技术方案的工艺流程图。 【具体实施方式】 在下文中，现在将参照附图更充分地描述本专利技术，在附图中示出了各种实施例。然 而，本专利技术可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相 反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本专利技术的范围充分地传达给本领 域技术人员。 以下参照附图1，对本专利技术的技术方案作进一步详细描述，以下给出两种实施例。 实施例1 步骤一，将碳化硅衬底放置到碳化硅CVD设备的反应室中。 (1. 1)选取偏向[丨晶向4°的4H碳化硅衬底，放置到碳化硅CVD设备的反应 室中； (1. 2)将反应室抽真空，直到反应室气压低于1 X 10_7mbar。 步骤二，在氢气流中加热反应室。 (2. 1)打开通向反应室的氢气开关，控制氢气流量逐渐增大到60L/min ; (2. 2)打开真空泵抽取反应室的气体，保持反应室气压在lOOmbar ; (2. 3)逐渐调大加热源功率，使反应室温度缓慢升高。 步骤三，对衬底进行原位刻蚀。 (3. 1)当反应室温度达到1400°C以后，保持反应室温度恒定进行10分钟的原位刻 蚀。 步骤四，设置生长条件，开始生长碳化硅外延层。 (4. 1)当反应室温度达到1580°C下，保持反应室温度和压强恒定； (4. 3)打开C3H8、SiH4和三甲基铝的开关，向反应室中通入流量为7mL/min的C 3H8、 流量为21mL/min的SiH4和流量为8. 9mL/min的三甲基铝，开始生长碳化硅外延层P1，生 长时间为20min。之后关闭C3H8、SiH4和三甲基铝的开关lmin，其间将三甲基铝流量设置为 lmL/min。打开C3H8、SiH4和三甲基铝的开关，向反应室中通入流量为7mL/min的C 3H8、流量 为21mL/min的SiH4和流量为lmL/min的三甲基铝，开始生长碳化硅外延层P2,生长时间为 20min〇 步骤五，在氢气流中冷却衬底。 (5. 1)当外延层P2生长结束后，关闭C3H8、SiH4和三甲基铝的开关，停止生长； (5. 2)设置通向反应室的氢气流量为20L/min，保持反应室气压为lOOmbar，使长 有碳化娃外延层的衬底在氢气流中冷却25min ; (5. 3)将反应室气压升高到700mbar，在氢气流中继续冷却。 步骤六，在氩气中冷却衬底。 (6. 1)当反应室温度降低到700°C以后，关闭通向反应室的氢气开关； (6. 2)将反应室抽真空，直到气压低于1 X l(T7mbar ; (6. 3)打开氩气开关，向反应室通入流量为12L/min的氩气，使长有碳化硅外延层 的衬底在氩气环境下继续冷却30min ; (6. 4)缓慢提高反应室气压到常压，使衬底自然冷却至室温，取出碳化硅外延六。 实施例2 步骤一，将碳化硅衬底放置到碳化硅CVD设备的反应室中。 (1. 1)选取偏向[I匚0]晶向8°的4H碳化硅衬底，放置到碳化硅CVD设备的反应 室中； (1. 2)将反应室抽真空，直到反应室气压低于1 X l(T7mbar。 步骤二，在氢气流中加热反应室。 (2. 1)打开通向反应室的氢气开关，控制氢气流量逐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种P型梯度掺杂碳化硅薄膜外延制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：(1)将碳化硅衬底放置到碳化硅CVD设备的反应室中，将反应室抽成真空；(2)向反应室通入H2直至反应室气压到达100mbar，保持反应室气压恒定，再将H2流量逐渐增至64l/min，继续向反应室通气；(3)打开高频线圈感应加热器RF，逐渐增大该加热器的功率，当反应室温度升高逐渐至1400℃进行原位刻蚀；(4)当反应室温度到达到1580℃‑1600℃时，保持温度和压强恒定，向反应室通入C3H8和SiH4；将液态三甲基铝放置于鼓泡器中用作掺杂源，将一定量的H2通入鼓泡器中，使H2携带三甲基铝通入反应室中；当第一层P型掺杂层生长结束后，停止向反应室通入SiH4、C3H8和携带有三甲基铝的H2并保持1min，其间调整用于携带三甲基铝的H2流量；之后继续向反应室通入SiH4、C3H8和携带有三甲基铝的H2生长第二层P型掺杂层；(5)当达到设定的外延生长时间后，停止生长，在反应室继续通入氢气，使衬底片在氢气流中降温；(6)当温度降低到700℃以下后，再次将反应室抽成真空，然后缓慢充入氩气，使衬底片在氩气环境下自然冷却到室温。...

【技术特征摘要】
1. 一种P型梯度掺杂碳化硅薄膜外延制备方法，其特征在于： 所述制备方法包括以下步骤： (1) 将碳化硅衬底放置到碳化硅CVD设备的反应室中，将反应室抽成真空； (2) 向反应室通入H2直至反应室气压到达lOOmbar，保持反应室气压恒定，再将H2流量 逐渐增至641/min，继续向反应室通气； (3) 打开高频线圈感应加热器RF，逐渐增大该加热器的功率，当反应室温度升高逐渐 至1400°C进行原位刻蚀； (4) 当反应室温度到达到1580°C -1600°C时，保持温度和压强恒定，向反应室通入C3H8 和SiH4 ;将液态三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王悦湖，胡继超，张艺蒙，宋庆文，张玉明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61