一种碳化硅外延层生长方法技术

本发明专利技术涉及碳化硅晶体生长技术领域，公开了一种碳化硅外延层生长方法，通过通入具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源，在碳化硅衬底片表面生成第一缓冲层，使得通过对碳硅流量比以及具体通入的碳源流量的调整，促使从碳化硅衬底片延伸出来的贯穿型位错在第一缓冲层的生长过程中转变为层错和基平面位错，并进行横向移动，移出所述晶体的第一缓冲层，从而减少从所述第一缓冲层进入外延层的位错数量，降低外延层中的位错密度，提高了器件性能。高了器件性能。高了器件性能。

A growth method of silicon carbide epitaxial layer

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅外延层生长方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅外延层生长
，具体为一种碳化硅外延层生长方法。

技术介绍

[0002]碳化硅性能优异，在高压大功率应用场景下有巨大的应用价值。但是，由于位错的存在，器件的性能和良率都受到影响。
[0003]在当前普遍的工艺水平下，在碳化硅衬底表面外延形成碳化硅外延层过程中，会将碳化硅衬底大部分基平面位错转变为贯穿型位错，但是，贯穿型位错基本上全部会延伸进入外延层。因此，常规外延工艺获得的外延层位错密度并不会降低，成为限制碳化硅器件性能优化和成本控制的关键技术问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于常规外延工艺获得的外延层位错密度高的问题，提供了一种碳化硅外延层生长方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种碳化硅外延层生长方法，包括以下步骤：提供碳化硅衬底片，将所述碳化硅衬底片放到外延炉中，通入载气并加热后，设定压强，通入具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源，并通入掺杂气体，在所述碳化硅晶片表面生长第一缓冲层；其中，所述第一预定碳源流量与所述第一预定硅源流量中的碳硅比范围为1：1~3：2，所述第一预定碳源流量的范围为10 sccm~20 sccm；具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源使得第一缓冲层的生长速度变慢，并在生长第一缓冲层的过程中将从所述碳化硅衬底片延续出来的贯穿型位错转变为层错和基平面位错，促使位错横向移动并移出所述第一缓冲层表面；停止通入碳源、硅源以及掺杂气体，通入刻蚀气体，对所述第一缓冲层表面进行刻蚀，去除所述第一缓冲层表面的碳杂质，防止碳杂质成为位错源；再继续通入相应流量的碳源和硅源，通入掺杂气体，在去除杂质后的第一缓冲层表面生长得到具有相应浓度参数的外延层。
[0006]作为一种可实施方式，再继续通入相应流量的碳源和硅源，通入掺杂气体，在去除杂质后的第一缓冲层表面生长得到具有相应浓度参数的外延层的步骤具体包括；继续通入具有第二预定碳源流量的碳源和第二预定硅源流量的硅源，通入掺杂气体，在所述第一缓冲层表面形成第二缓冲层，其中，具有第二预定碳源流量的碳源和第二预定硅源流量的硅源使得第二缓冲层的生长速度变快，并在生长第二缓冲层的过程中将从所述第一缓冲层延续出来的残留的基平面位错转化为贯穿型位错，促使位错纵向移动，使得从所述第二缓冲层延伸到后续形成的外延层中的位错为贯穿型位错；再继续通入相应流量的碳源和硅源，通入掺杂气体，在去除杂质后的第二缓冲层表面生长得到具有相应浓度参数的外延层。
[0007]作为一种可实施方式，所述第二预定碳源流量的范围为：60sccm~100sccm，所述第
二预定碳源流量与所述第二预定硅源流量中的碳硅比范围为4：5~1：1。
[0008]作为一种可实施方式，在所述碳化硅衬底片表面生长第一缓冲层时设定压强范围为30~80 Torr；在所述第一缓冲层表面生长第二缓冲层时设定压强范围为80~120 Torr；在所述第二缓冲层表面生长外延层时设定压强范围为80
‑
120 Torr。
[0009]作为一种可实施方式，在生长第一缓冲层时通入的掺杂气体具有第一预定流量，具有第一预定流量的掺杂气体使得形成的所述第一缓冲层具有相应的第一预定掺杂浓度，所述第一预定掺杂浓度与所述碳化硅衬底片的掺杂浓度一致，用于防止所述碳化硅衬底片与所述第一缓冲层之间由于掺杂浓度差异大而导致产生界面位错；在生长第二缓冲层时通入的掺杂气体具有第二预定流量，具有第二预定流量的掺杂气体使得形成的所述第二缓冲层具有相应的第二预定掺杂浓度，其中，所述第二预定掺杂浓度小于所述第一预定掺杂浓度但大于后续形成的所述外延层的掺杂浓度，用于对所述第一缓冲层的掺杂浓度与所述后续形成的外延层的掺杂浓度进行中间过渡，防止因掺杂浓度差异大导致晶格畸变而产生新的缺陷。
[0010]作为一种可实施方式，所述第一缓冲层的厚度范围为0.5~2.0微米，所述第二缓冲层的厚度范围为0.5~2.0微米。
[0011]作为一种可实施方式，所述贯穿型位错包括螺位错TSD和刃位错TED。
[0012]作为一种可实施方式，所述碳化硅衬底片为N型碳化硅晶圆，所述碳化硅衬底片的掺杂浓度范围为10
18
~10
19 cm
‑3，所述碳化硅衬底片的总位错密度103~10
4 cm
‑3。
[0013]作为一种可实施方式，所述掺杂气体包括含氮气体，所述含氮气体包括氮气；所述载气为氢气；所述刻蚀气体为氢气。
[0014]作为一种可实施方式，所述硅源为硅烷和三氯硅烷其中的一种或两种；所述碳源为甲烷、乙烯和丙烯其中的一种或几种。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种碳化硅外延层生长方法，通过通入具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源，在碳化硅衬底片表面生成第一缓冲层，使得通过对碳硅流量比以及具体通入的碳源流量的调整，促使从碳化硅衬底片延伸出来的贯穿型位错在第一缓冲层的生长过程中转变为层错和基平面位错，进行横向移动并移出所述晶体的第一缓冲层，从而减少从所述第一缓冲层进入外延层的位错数量；并通过通入具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源，在所述第一缓冲层表面生成第二缓冲层，使得通过对碳硅流量比以及具体通入的碳源流量的调整，促使从碳化硅衬底片延伸出来的基平面位错在第一缓冲层的生长过程中转变为贯穿型位错，降低了基平面位错的位错密度，进一步降低了基平面位错对外延层的影响，最终实现降低碳化硅外延层中的位错密度的目的，提高了器件性能。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例碳化硅外延层生长方法步骤流程图；图2为本专利技术实施例碳化硅外延层生长方法中的位错在不同层之中的示意图；图3为本专利技术实施例碳化硅外延层生长方法中的位错汇聚消失的过程示意图。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]参见图1，本实施例提供一种技术方案：一种碳化硅外延层生长方法，包括以下步骤：步骤S100，提供碳化硅衬底片，将所述碳化硅衬底片放到外延炉中，通入载气并加热后，设定压强，通入具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源，并通入掺杂气体，在所述碳化硅晶片表面生长第一缓冲层；其中，所述第一预定碳源流量与所述第一预定硅源流量中的碳硅比范围为1：1~3：2，所述第一预定碳源流量的范围为10 sccm~20 sccm；具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源使得第一缓冲层的生长速度变慢，并在生长第一缓冲层的过程中将从所述碳化硅衬底片延续出来的贯穿型位错转变为层错和基平面位错，促使位错横向移动并移出所述第一缓冲层表面；步骤S200，停止通入碳源、硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅外延层生长方法，其特征在于，包括以下步骤：提供碳化硅衬底片，将所述碳化硅衬底片放到外延炉中，通入载气并加热后，设定压强，通入具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源，并通入掺杂气体，在所述碳化硅晶片表面生长第一缓冲层；其中，所述第一预定碳源流量与所述第一预定硅源流量中的碳硅比范围为1：1~3：2，所述第一预定碳源流量的范围为10 sccm~20 sccm；具有第一预定碳源流量的碳源和第一预定硅源流量的硅源使得第一缓冲层的生长速度变慢，并在生长第一缓冲层的过程中将从所述碳化硅衬底片延续出来的贯穿型位错转变为层错和基平面位错，促使位错横向移动并移出所述第一缓冲层表面；停止通入碳源、硅源以及掺杂气体，通入刻蚀气体，对所述第一缓冲层表面进行刻蚀，去除所述第一缓冲层表面的碳杂质，防止碳杂质成为位错源；再继续通入相应流量的碳源和硅源，通入掺杂气体，在去除杂质后的第一缓冲层表面生长得到具有相应浓度参数的外延层。2.根据权利要求1所述的碳化硅外延层生长方法，其特征在于，再继续通入相应流量的碳源和硅源，通入掺杂气体，在去除杂质后的第一缓冲层表面生长得到具有相应浓度参数的外延层的步骤具体包括；继续通入具有第二预定碳源流量的碳源和第二预定硅源流量的硅源，通入掺杂气体，在所述第一缓冲层表面形成第二缓冲层，其中，具有第二预定碳源流量的碳源和第二预定硅源流量的硅源使得第二缓冲层的生长速度变快，并在生长第二缓冲层的过程中将从所述第一缓冲层延续出来的残留的基平面位错转化为贯穿型位错，促使位错纵向移动，使得从所述第二缓冲层延伸到后续形成的外延层中的位错为贯穿型位错；再继续通入相应流量的碳源和硅源，通入掺杂气体，在去除杂质后的第二缓冲层表面生长得到具有相应浓度参数的外延层。3.根据权利要求2所述的碳化硅外延层生长方法，其特征在于，所述第二预定碳源流量的范围为60sccm~100sccm，所述第二预定碳源流量与所述第二预定硅源流量中的碳硅比范围为4：5~1：1。4.根据权利要求2所述的碳化硅外延层生长方法，其特征在于，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蓉，李佳君，皮孝东，李东珂，刘小平，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：