一种碳化硅外延片及其制备方法技术

本申请公开了一种碳化硅外延片及其制备方法。其中，碳化硅外延片的制备方法包括以下步骤：S100，在氢气环境下，对碳化硅衬底进行高温退火；S200，对步骤S100得到的碳化硅衬底进行液相外延，得到具有第一外延层的碳化硅片；S300，在碳化硅片的第一外延层上采用CVD法进行第二外延层的生长，获得碳化硅外延片。本发申请通过在衬底上增加退火及液相生长过程，可有效的减少加工过程带来的衬底缺陷及衬底损伤，在此衬底上可直接进行外延工艺，并通过外延工艺的改进生长出缺陷很少的外延片。延工艺的改进生长出缺陷很少的外延片。延工艺的改进生长出缺陷很少的外延片。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅外延片及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种碳化硅外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着光伏和新能源汽车产业的不断发展，行业对功率半导体器件的需求也逐渐旺盛。碳化硅(SiC)以其优异的物理特性在器件半导体上大放异彩。运用碳化硅材料制造的功率器件，能够显著提升模组效率并减小体积。
[0003]由于现在所有的器件基本上都是在外延上实现，所以外延的质量对器件的性能影响是非常大的，但是外延的质量又受到晶体和衬底的影响。对碳化硅外延来说，基本上很多缺陷都是从衬底中直接复制过来的，所以衬底的质量、加工的水平对于外延的生长来说，尤其是缺陷的控制是非常重要的。随着碳化硅晶体生长技术的提高，来自晶体方面的缺陷，例如微管、BPD、TSD等缺陷已得到很好的控制，而在衬底的加工过程中，由于切磨抛等工艺手段产生引入的缺陷却不容易消除。这些都会影响到后面的外延生长，而产生不同的缺陷，影响器件性能。
[0004]为了减少加工带来的衬底缺陷及损伤，目前主流的外延工艺方法是采用：刻蚀(Etch)+缓冲层(Buffer)+外延层生长(EPI layer)的生长方法。通过刻蚀可以减少衬底表面脏污及加工带来的表面损伤，然后通过缓冲层的生长愈合刻蚀出来的损伤位置，并过度到外延层的生长。但此种工艺容易产生过度刻蚀的情况，反而使衬底质量进一步恶化，产生更多的缺陷，同时Buffer层工艺的过渡不好也会影响后续的外延层生长。因此，如何减少衬底缺陷带来影响至关重要。

技术实现思路

[0005]本申请的一个目的在于提供一种碳化硅外延片及其制备方法，以减少碳化硅外延的缺陷。
[0006]为达到以上目的，本申请提供一种碳化硅外延片的制备方法，包括以下步骤：S100，在氢气环境下，对碳化硅衬底进行高温退火；S200，对所述步骤S100得到的碳化硅衬底进行液相外延，得到具有第一外延层的碳化硅片；S300，在所述碳化硅片的第一外延层上采用CVD法进行第二外延层的生长，获得碳化硅外延片。
[0007]进一步地，步骤S200中，对碳化硅衬底进行液相外延生长后，先清洗碳化硅片，再进行步骤S300。
[0008]进一步地，所述第一外延层的厚度为0.5～2μm。
[0009]进一步地，步骤S200中，液相外延使用熔融状态下Si溶液进行，碳粉作为碳源，生长温度为2100℃～2300℃。
[0010]进一步地，步骤S100具体为：将碳化硅衬底放入高温退火炉，通入氢气，氢气流量
为50～100slm，温度保持1500～1600℃，退火时间5～30min。
[0011]进一步地，步骤S300进一步包括：S310，将所述碳化硅片置于CVD炉中进行外延生长，生长压力为50～200mbar，温度为1550～1680℃，氢气流量为50～200slm，碳、硅比为0.7～1.2，生长速率为20～30μm/h，生长得到所述第二外延层。
[0012]进一步地，所述步骤S310中，采用乙烯作为碳源，TCS作为硅源，N2作为掺杂剂。
[0013]本申请还提供一种碳化硅外延片，包括碳化硅衬底、位于所述碳化硅衬底上的第一外延层以及位于所述第一外延层上的第二外延层，所述第一外延层采用液相外延法生长得到，所述第二外延层采用CVD外延法生长得到。
[0014]进一步地，所述第一外延层的厚度为0.5～2μm，所述第二外延层的厚度为5～20μm。
[0015]与现有技术相比，本申请的有益效果在于：本发申请通过在衬底上增加退火及液相生长过程，可有效的减少加工过程带来的衬底缺陷及衬底损伤，在此衬底上可直接进行外延工艺，并通过外延工艺的改进生长出缺陷很少的外延片；同时，本申请的方法可以减少刻蚀和缓冲层的生长时间，因此还能够有效的提升外延产能。
附图说明
[0016]图1为本申请的碳化硅外延片的一个实施例的示意图。
具体实施方式
[0017]下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0018]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0019]本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0020]本申请提供一种碳化硅外延片的制备方法，包括以下步骤：
[0021]S100，在氢气环境下，对碳化硅衬底进行高温退火；
[0022]S200，对所述步骤S100得到的碳化硅衬底进行液相外延，得到具有第一外延层的碳化硅片；
[0023]S300，在所述碳化硅片的第一外延层上采用CVD法进行第二外延层的生长，获得碳化硅外延片。
[0024]本申请的上述方法中，通过对碳化硅衬底进行氢气环境下的高温退火，使衬底暴露出因加工过程产生的缺陷或衬底损伤，然后再通过液相外延技术对衬底进行修补，使得衬底上的缺陷或损伤得到愈合，从而在外延过程中减少由衬底延伸到外延的缺陷，提高碳化硅外延片的质量。本申请提供的方法制得的碳化硅外延片的缺陷数量明显减少，提高了外延片的良品率，还有利于增加晶圆的可使用面积。
[0025]在一些实施例中，步骤S300中，所述CVD法外延生长包括以下步骤：S310，将所述碳
化硅片置于CVD炉中进行外延生长，生长压力为50～200mbar，温度为1550～1680℃，氢气流量为50～200slm，碳、硅比为0.7～1.2，生长速率为20～30μm/h，生长得到所述第二外延层。
[0026]本申请提供的方法可以直接在第一外延层上进行第二外延层的生长，也即，本申请的方法与现有CVD法相比，能够减少或取消外延过程中刻蚀和缓冲层的生长时间，有利于提高机台稼动率，也即能够提升碳化硅外延片的产能。
[0027]当然，本申请提供的方法也允许在第一外延层上先进行缓冲层生长，然后再进行第二外延层生长，实验表明，进行缓冲层的生长，可以在一定程度上减少碳化硅外延片中缺陷的数量。具体地，步骤S300中，在步骤S310之前还包括步骤：将碳化硅片置于CVD炉中进行缓冲层生长，生长压力为50～200mbar，温度为1550～1680℃，氢气流量为50～200slm，碳、硅比为0.4～0.6，生长厚度为0.5～2μm。
[0028]进一步地，步骤S310之后，还包括步骤S320：关闭碳源以及硅源，将H2的流量调整为30～150slm，温度降至900℃后取出外延片。
[0029]在一些实施例中，步骤S310中，H2作为载气，乙烯作为碳源，三氯氢硅(TCS)作为硅源，N2作为掺杂剂。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S100，在氢气环境下，对碳化硅衬底进行高温退火；S200，对所述步骤S100得到的碳化硅衬底进行液相外延，得到具有第一外延层的碳化硅片；S300，在所述碳化硅片的第一外延层上采用CVD法进行第二外延层的生长，获得碳化硅外延片。2.如权利要求1所述的碳化硅外延片的制备方法，其特征在于，步骤S200中，对碳化硅衬底进行液相外延生长后，先清洗碳化硅片，再进行步骤S300。3.如权利要求1所述的碳化硅外延片的制备方法，其特征在于，所述第一外延层的厚度为0.5～2μm。4.如权利要求1所述的碳化硅外延片的制备方法，其特征在于，步骤S200中，液相外延使用熔融状态下Si溶液进行，碳粉作为碳源，生长温度为2100℃～2300℃。5.如权利要求1所述的碳化硅外延片的制备方法，其特征在于，步骤S100具体为：将碳化硅衬底放入高温退火炉，通入氢气，氢气流量为50～100slm，温度保持150...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国峰，浩瀚，赵新田，周勋，饶威，黄晓阳，
申请(专利权)人：宁波合盛新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：