本发明专利技术提供一种N型低偏角碳化硅外延片的制备方法，包括以下步骤：衬底的准备、在线刻蚀衬底、缓冲层的生长和外延层的生长，其中外延层的生长采用了“生长、刻蚀、吹拂、再生长”的方法。该方法在生长N型低偏角碳化硅外延片的过程中，有效地降低基面位错密度，减少腔体内沉积物，从而降低了由外来颗粒物引起的三角形缺陷，提高碳化硅外延材料的质量，加工成本低，适合工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体材料的制备方法，具体涉及一种N型低偏角碳化硅外延片的制备方法。
技术介绍
碳化硅化学惰性好，耐高温，抗辐射，在大功率电力电子领域具有巨大的应用潜力。碳化硅为一种同质多种结晶形态的材料，已经发现的晶态形式超过了 250种。在众多的SiC多型体中，4H-SiC以其禁带宽度大(3.26eV)、迀移率高(900cm2/Vs)和各向异性比较小等优越性能被认为更适合于制造大功率高反压电子器件。目前SiC的8°和4°偏角外延生长“台阶控制外延”技术，其本质就是原子台阶的流动。该技术不但有效控制了 SiC的晶型，也降低了 SiC的外延生长温度，于1500°C下生长出表面光亮的SiC外延材料，使外延生长温度降低了近300°C，达到了降低成本的目的。随着SiC衬底晶片直径的增大，从2英寸发展到3英寸和4英寸，乃至6英寸，偏晶向角度的大小对于SiC成本降低非常重要，因为角度越大，从一根SiC晶锭能够得到的晶片数量就越少。而且从SiC外延的角度来说，偏晶向角度的大小对外延材料的质量也有很大影响。根据晶片尺寸的发展现状，人们越来越关注低偏角晶向衬底上SiC的外延生长，而根据文献报道，碳化硅低偏角外延生长的表面粗糙度难以控制，另外对于高电压电力电子器件来言，又需要超厚碳化硅外延层。因此，生长低偏角的超厚外延层需要解决的难题就是在降低缺陷的同时，控制外延片的表面形貌。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种N型低偏角碳化硅外延的制备方法，能够降低基面位错密度，减少腔体内沉积物，并且有效减少台阶聚集，降低表面粗糙度。为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种N型低偏角碳化硅外延片的制备方法，包括以下步骤:I)在线刻蚀衬底:放置偏角<8°的碳化硅衬底于反应室内，抽真空，分别以40?80L/min和5?10L/min的流量通入!12和HCl，于20_60mbar压力和1510?1710°C温度下刻蚀5?20min ；2)缓冲层的生长:停止通入HC1，分别以6?10mL/min、3?5mL/min和1500?1800mL/min的流量通入生长硅源、生长碳源和N2掺杂剂，于1500?1680°C温度和20?10mbar压力下生长0.2?5 μ m厚的缓冲层；3)外延层的生长a 生长:分别以 40 ?80L/min、10 ?40mL/min、5 ?20mT,/mi η 和 800 ?1 SOOmT ,/mi η的流量通入H2、生长硅源、生长碳源和队掺杂剂，于1500?1680°C温度和20?10mbar压力下生长5?50 μ m厚的外延层；b刻蚀:分别停止通入硅源、碳源和N2，于1510?1710°C下维持2?5min ;以5?10L/min流量通入HCl，刻蚀2?5min ；c吹拂:停止通HCl后，以45?90mL/min的流量吹H22?1min ；d再生长:重复步骤a生长外延层至5?200 μ m。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第一优选技术方案，所述碳化硅衬底的偏角为2°。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第二优选技术方案，所述碳化硅衬底的偏角为4°。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第三优选技术方案，所述衬底材料是 4H-SiC 或 6H-SiC。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第四优选技术方案，所述生长硅源为SiH4或SiHCl 3，生长碳源为C2H4或C 3H8。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第五优选技术方案，重复所述步骤3)中的b至d步骤。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第六优选技术方案，所述重复的次数为O?30次。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第七优选技术方案，所述重复的次数为O?10次。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第八优选技术方案，所述外延层的生长厚度为5?30 μ m。所述的N型低偏角碳化硅外延片的制备方法的第九优选技术方案，所述外延层的生长厚度为30?200 μ m。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果:1.本专利技术提供的碳化硅衬底具有大的基面位错的腐蚀坑，使得在外延工艺中基面位错更容易转化为螺旋位错，达到降低基面位错密度的目的；2.降低表面缺陷颗粒物以及由颗粒物引起的缺陷，尤其是三角形缺陷；3.由于刻蚀作用，使得生长腔体清洗周期延长，大大降低了生长成本和提高了生长效率；4.本专利技术提供的方法，制作方法简单，工艺重复性好，适合工业化生产；5.基于本专利技术提供的超厚碳化硅外延表面无台阶聚集现象。【附图说明】图1:本专利技术的流程示意图。图2:传统方法制备外延片的表面形貌图3:实施例1外延片的原子力显微镜图图4:实施例2外延片的原子力显微镜图图5:实施例3外延片的原子力显微镜图图6:实施例4外延片的原子力显微镜图图7:实施例5外延片的原子力显微镜图【具体实施方式】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。实施例1一种N型低偏角厚度15 μ m碳化硅外延片制备方法，包括以下步骤:I)在线刻蚀衬底:准备偏角为4°的4H-SiC衬底，抽真空，通入流量为40L/min的氢气和5L/min的HCl，反应室内压力为40mbar，温度为1680°C，维持5分钟；2)缓冲层的生长:停止通入HC1，降温至1650°C，通入流量为6mL/min的SiH4*3mL/min的C3H8,以流量为1500mL/min的N2为掺杂剂，生长压力为40mbar，生长0.4 μ m厚的缓冲层；3)外延层的生长a生长:将40L/min流量的氢气、10mL/min的SiH# 5mL/min的C 3H8通入反应室，保持温度为1650°C、压力40mbar，以800mL/min流量的N2为掺杂剂，生长6 μ m厚的外延层；b刻蚀:停止硅源、碳源及掺杂剂的通入，升温至1680°C，维持2分钟；通入5L/min流量的HCl，维持I分钟；c吹拂:停止通HCl，调节氢气流量至45mL/min，吹拂5分钟；d再生长:设置与步骤a—致的气体流量、温度和压力，继续生长外延层至15μπι。实施例2一种N型低偏角厚度30 μ m碳化硅外延制备方法，包括以下步骤:I)在线刻蚀衬底:准备偏角为2°的4H-SiC衬底，抽真空，通入流量为40L/min的氢气和5L/min的HCl，反应室内压力为40mbar，温度为1680°C，维持5分钟；2)缓冲层的生长:停止通入HC1，降温至1650°C，通入流量为6mL/min的SiHjP3mL/min的C3H8,以流量为1500mL/min的N2为掺杂剂，生长压力为40mbar，，生长I μ m厚的缓冲层；3)外延层的生长a生长:将40L/min流量的氢气、10mL/min的SiHjP 5mL/min的C 3H8通入反应室，保持温度为1650°C、压力40mbar，以800mL/min流量的N2为掺杂剂，生长10 μ m厚的外延层；b刻蚀:停止硅源、碳源及掺杂剂的通入，升温至1680°C，维持2分钟；通入5L/min流量的HCl，维持I分钟；c吹拂:停止通HCl，调节氢气流量至45mL/min，吹拂5分钟；d再生长:设置与步骤a —致的气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种N型低偏角碳化硅外延片的制备方法，包括以下步骤：1)在线刻蚀衬底：放置偏角＜8°的碳化硅衬底于反应室内，抽真空，分别以40～80L/min和5～10L/min的流量通入H2和HCl，于20‑60mbar压力和1510～1710℃温度下刻蚀5～20min；2)缓冲层的生长：停止通入HCl，分别以6～10mL/min、3～5mL/min和1500～1800mL/min的流量通入生长硅源、生长碳源和N2掺杂剂，于1500～1680℃温度和20～100mbar压力下生长0.2～5μm厚的缓冲层；3)外延层的生长a生长：分别以40～80L/min、10～40mL/min、5～20mL/min和800～1500mL/min的流量通入H2、生长硅源、生长碳源和N2掺杂剂，于1500～1680℃温度和20～100mbar压力下生长5～50μm厚的外延层；b刻蚀：分别停止通入硅源、碳源和N2，于1510～1710℃下维持2～5min；以5～10L/min流量通入HCl，刻蚀2～5min；c吹拂：停止通HCl后，以45～90mL/min的流量吹H2 2～10min；d再生长：重复步骤a生长外延层至5～200μm。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钮应喜，杨霏，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院，国家电网公司，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。