一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，主要采用低速高碳硅比以及高速低碳硅比工艺结合，周期性生长所需的厚层碳化硅外延层，对比单一的低速高碳硅比工艺，有效提高了外延层的生长速率。同时结合高温退火处理，利用化学气相沉积热力学平衡条件下碳元素的迁移达到消除碳空位的目的，实现了原位生长过程中碳空位的有效修复，达到了提高碳化硅外延层载流子寿命的目的。采用本发明专利技术申请提供的外延方法生长的外延材料在外延完成后不需再利用离子注入或高温氧化的后期处理，兼容于现有商业化碳化硅外延炉的基础工艺，具有极大的推广价值。

A method to improve the carrier lifetime of the silicon carbide epitaxial layer

The invention discloses a method for improving the lifetime of silicon carbide epitaxial layer, mainly with low silicon ratio and high carbon high speed low carbon silicon ratio process with periodic growth required for the thick epitaxial layer of silicon carbide single low carbon silicon high contrast ratio process, effectively improve the epitaxial layer growth rate. At the same time, combined with high temperature annealing treatment, carbon migration is achieved by chemical vapor deposition under thermodynamic equilibrium conditions. The purpose of eliminating carbon vacancies is to achieve effective repair of carbon vacancies in situ growth, and achieve the purpose of improving carrier lifetime of silicon carbide epitaxial layers. The epitaxy material grown by the epitaxy method provided by the invention does not need to further use ion implantation or late oxidation treatment at high temperature after the epitaxy is completed, and is compatible with the basic technology of the existing commercial silicon carbide epitaxial furnace, and has great popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法
本专利技术涉及一种碳化硅外延生长方法，尤其涉及一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法。
技术介绍
在不同的宽禁带半导体材料中，碳化硅（SiC）是非常具有潜力的外延材料，它具有热导率高、击穿场强高以及饱和电子漂移速率高以及抗辐照等特点。4H-SiC是SiC多型中性能最优异的材料，具有更大的带隙以及体电子迁移率，较小的各项异性，是研制电力电子器件的首选材料。对比传统的硅器件，4H-SiC电力电子器件最大的优势就是能够高压、超高压工作。因此适用于4H-SiC电力电子器件的外延材料一直向着厚膜发展。随着关键技术的突破，4H-SiC外延的方法可以在衬底上生长高质量的厚膜外延材料，工程化的4H-SiC外延材料可以达到表面外延缺陷密度<1cm-2的水平。但是，现有高质量外延材料依旧包含其他的影响器件性能的电学缺陷。在这些电学缺陷中，碳空位以及相关的点缺陷中心是造成外延层载流子寿命降低的首要因素。载流子寿命短是导致4H-SiC高压电力电子器件，尤其是双极型器件功耗增加的主要原因。为了使4H-SiC高压电力电子器件达到工程化应用的要求，首先需要解决SiC厚层外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1）选取偏向<11‑20>方向4°或者8°的硅面碳化硅衬底，将其置于石墨基座内；（2）采用氩气对反应室气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至60~120L/min，设置反应室的压力为80~200mbar，并将反应室逐渐升温至1550~1700℃；（3）到达设定温度后，打开硅源、碳源以及掺杂源的进气阀，并将各类源通入排外气路，通过质量流量设定各类源的流量，使其满足步骤（4）中生长缓冲层所需要的流量要求，保持其他参数不变，对碳化硅衬底进行5~15分钟原位氢气刻蚀处理；（4）控制硅源和氢气的流量...

【技术特征摘要】
1.一种提高碳化硅外延层载流子寿命的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1）选取偏向<11-20>方向4°或者8°的硅面碳化硅衬底，将其置于石墨基座内；（2）采用氩气对反应室气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至60~120L/min，设置反应室的压力为80~200mbar，并将反应室逐渐升温至1550~1700℃；（3）到达设定温度后，打开硅源、碳源以及掺杂源的进气阀，并将各类源通入排外气路，通过质量流量设定各类源的流量，使其满足步骤（4）中生长缓冲层所需要的流量要求，保持其他参数不变，对碳化硅衬底进行5~15分钟原位氢气刻蚀处理；（4）控制硅源和氢气的流量比≤0.03%，控制碳源的流量满足0.5≤C/Si比≤1，向反应室通入设定好流量的硅源、碳源以及掺杂源，生长厚度为0.5-10μm，掺杂浓度1~2E18cm-3的高掺缓冲层；（5）将硅源、碳源及掺杂源转至排外气路，保持反应室压力、生长温度以及氢气流量不变，在30秒内将各类源的流量渐变至步骤（6）中所需要的流量值；（6）控制硅源和氢气的流量比≤0.02%，控制碳源的流量满足1.5≤C/Si比≤1.8，向反应室通入设定好流量的硅源、碳源以及掺杂源，生长厚度0.5-1.5μm，满足器件设计掺杂浓度的外延层；（7）将硅源、碳源及掺杂源转至排外气路，保持反应室压力、生长温度以及氢气流量不变，在30秒内将各类源的流量渐变至步骤（8）中所需要的流量值，而掺杂源流量则根据在工艺条件变化的情况下掺杂源掺杂效率的变化进行调节；（8）控制硅源和氢气的流量比≥0.12%，控制碳源的流量满足0.6≤C/Si比≤0.9...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哲洋，
申请(专利权)人：李哲洋，
类型：发明
国别省市：江苏,32