在沿《1100》方向切割的基片上生长的碳化硅外延层制造技术

一种碳化硅外延膜，其生长在六方晶体形式的ＳｉＣ晶体基片的切割表面上，该切割面沿〈１１００〉；基片晶向约６度到约１０度的切割角。所得的碳化硅外延膜具有优良的形态和材料性能。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

Silicon carbide epitaxial layer grown on a substrate cut in the direction of \1100\

A silicon carbide epitaxial film grown on a cutting surface of a SiC crystal substrate in six square crystal forms, the cutting surface along the 1100, and the cutting angle of the substrate wafer about 6 degrees to about 10 degrees. The SiC epitaxial films obtained have excellent morphology and material properties.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
也希望在外延层表面提供一种更加均匀的表面结构。均匀的表面结构在器件组装时将有助于材料的所需的移动。均匀的外延结构增强在蚀刻时准确预测有多少材料移动的能力，而且减少晶片间及连续(run-to-run)蚀刻的偏差。光滑且均匀的表面，特别是在一些诸如蒸镀的肖特基(Schottky)接触金属表面的情况下，将提高器件的性能。也希望获得更均匀的表面促进氧化物的形成，并减少界面陷阱态的密度。另外，更均匀的外延表面可减少表面的不一致，这种不一致能够导致不合需要的电场发射器位置，最终，早期氧化物遭到破坏。氧化物性质的改进将改善器件和钝化性能。在SiC MOSFET中，包含通道的外延层能够被抛光以除去表面梯级(step)，该梯级能改变通道的移动性(见S.Scharnholz，E.Stein vonKamienski，A.Golz，C.Leonhard和H.Kurz，材料科学论坛(MaterialSCience Forum)，264-268，1001(1998))。具有更加均匀的梯级结构的抛光物将更加均匀，且MOS性能得以改善。在沿<1120>方向切割的SiC上发现的之字形梯级结构也可能具有较高的键合(包括悬空键)不一致密度，这种不一致可引起高的界面陷阱密度。另外，在之字形沿<1120>方向切割的外延表面上，暴露于环境中的大的表面面积可使该表面更易反应，且有不希望的杂质掺入的倾向。因此，本专利技术的目的是提供一种SiC材料，该材料可使上述讨论的常规SiC存在的问题最小化或克服上述问题。本专利技术的另一个目的是提供一种制备具有这样的改进特性的SiC材料的方法。从下面的公开和附加权利要求，显而易见本专利技术的其他目的和优点。本专利技术的另一方面涉及一种碳化硅粒子，其包含六方晶体形状的SiC基片，该基片有一切割面且其切割角度为约6度到约10度，而且切割面的结晶学方向是沿基片的六个等同<1100>方向中的其中之一±7.5度；及一种生长在切割面上的外延SiC膜。本专利技术的又一方面涉及碳化硅外延材料，该材料生长在沿基片<1100>晶向切割的(0001)4H-SiC结晶基片上。本专利技术的另一方面涉及4H-SiC外延膜，该膜生长在沿基质的<1100>晶向切割的(0001)4H-SiC基质上，其中，该外延膜具有实质上如图2所示的低能电子衍射(LEED)(01)光束强度分布，以下更详细地讨论。本专利技术的再一方面涉及4H-SiC外延膜，该膜生长在沿基片<1100>晶向切割的(0001)4H-SiC基片上，其中，外延膜的平均均方根粗糙度不超过约2.0纳米，且优选小于1纳米。本专利技术的另一方面涉及一种碳化硅粒子，其包含在沿基片<1100>晶向切割的(0001)4H-SiC结晶基片上生长的一种4H-SiC外延膜。本专利技术的再一方面涉及一种碳化硅粒子，其包含在沿基片<1100>晶向切割的(0001)4H-SiC基片上生长的一种4H-SiC外延膜，且该膜具有实质上如图2所示的低能电子衍射(01)光束强度分布。本专利技术还有一个方面涉及一种碳化硅粒子，其包含在沿基片<1100>晶向切割的(0001)4H-SiC基片上生长的一种4H-SiC外延膜，且该膜的平均均方根粗糙度不超过约2.0纳米，且优选小于1纳米。此处使用的术语“碳化硅粒子”包含一种在碳化硅基片材料上的碳化硅外延膜。该碳化硅基片材料可包含由碳化硅形成的基片本体(如晶片)、或碳化硅基片材料可包含一中间层，碳化硅外延膜在该层上形成，如作为多层微电子器件(如电路)结构的一部分，或作为其他结构体或形式的一部分，该结构或形式包括在碳化硅基片材料上的碳化硅外延膜。至于这些器件的应用，本专利技术的SiC膜可以在广泛的各种微电子器件或器件的前体结构中使用，这些器件或其前体结构包括但不限于肖特基和p-n二极管整流器、SiC光电二极管和SiC光发射二极管、开关器件，其包括场效应晶体管(如JFET、MOSFET及MESFET器件)、单片式集成SiC运算放大器芯片、数字逻辑门、寄存器、触发器、二进制计算器、半加器电路、非易失随机存取内存(NVRAM)阵列，和其他SiC数字集成电路。本专利技术的广泛方法方面涉及一种碳化硅外延膜的形成方法，其包括将该膜沉积在沿基片<1100>晶向切割的碳化硅晶体基片上。在另一方法方面，本专利技术涉及一种碳化硅外延膜的形成方法，其包括将该膜沉积在沿基片<1100>晶向切割的(0001)4H-SiC晶体基片上。本专利技术的又一方法方面涉及一种碳化硅外延膜的形成方法，其包括该膜在沿基片<1100>晶向切割的(0001)4H-SiC晶体基片上生长，其中生长步骤包括将一种载气、一种气化的含硅材料和一种气化的含碳材料引入生长室；以及保持载气、一种气化的含硅材料和一种气化的含碳材料流动并在温度条件下足够长时间，以使膜生长到所需的厚度。上述方法中的含硅材料和含碳材料可包括单一的源材料，其中，起始试剂包括以单一化合物、加合物或配位化合物形式的硅和碳。从下面的公开和附加的权利要求，将全面获知本专利技术的其他方面、特征和实施方式。附图的简要描述附图说明图1是显示六方SiC晶体结构各个方向的晶体结构示意图。图2显示了低能电子衍射(LEED)(01)光束强度分布图，该图通过将80ev的入射光束引入在沿<1100>方向，切割角为8度的4H-SiC(0001)上生长的11微米厚的外延层中心(正方形)，或离该层边缘1mm的地方而获得，图2中的插图显示了典型的Ei＝80ev时的1×1低能电子衍射图样。图3显示了在沿<1120>方向，切割角为8度的4H-SiC(0001)上生长的外延层的原子力显微扫描。图4显示了在沿<1100>方向，切割角为8度的4H-SiC(0001)上生长的外延层的原子力显微扫描。图5显示了对于在沿<1100>方向，切割角为8度的4H-SiC(0001)上生长的外延膜，由掺杂浓度分析测得的施主浓度随C/Si(三角形，恒定N2分压)和N2分压(正方形，恒定C/Si)的变化而变化的情况。图6显示对于在沿<1100>方向，切割角为8度的4H-SiC(0001)上生长的外延膜，Al浓度(二次离子质谱分析)随三乙基铝流量的变化而变化的情况。图7显示在沿<1100>方向，切割角为8度的4H-SiC(0001)上生长的厚15.5微米的外延层的二次离子质谱测量法测得的氮的分布。图8显示了(0001)4H-SiC材料的<1100>面的键合构型。专利技术的详细描述及优选的实施方式尽管本专利技术下面的描述主要针对在4H-SiC基片材料上形成的碳化硅外延膜，但可以理解，本专利技术的应用并不因此局限于那些材料，而且本专利技术还广泛地考虑在其他类型的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外延ＳｉＣ膜，该膜生长在具有六方晶体结构的ＳｉＣ基片的切割面上，且该切割面具有约６度到约１０度的切割角，切割面的结晶学方向是沿基片的六个等同〈１１００〉方向中的其中之一±７．５度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴巴拉E兰迪尼，乔治R布兰德斯，迈克尔A蒂施勒，
申请(专利权)人：高级技术材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]