[发明专利]一种无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽禁带半导体外延材料的制备方法，具体涉及一种碳化硅同质外延材料的制备方法。

背景技术

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)、迁移率高(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。因此，设计和制作基于同质SiC的材料和器件具有重要现实意义。

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℃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℃，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外延角度讲，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，人们越来越关注低角度(＜2°)偏晶向衬底上SiC的外延生长，本发明人经大量研究发现，碳化硅低角度(＜2°)外延生长的表面粗糙度难以控制，台阶聚集会大大恶化外延片的表面形貌，从而降低器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无台阶聚集低偏角(<2°)4H-SiC衬底上同质外延生长4H-SiC外延层的方法，得到表面质量良好、无台阶聚集低偏角碳化硅外延片。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法，该方法包括以下步骤：

1)刻蚀衬底：向减压下的、放置有净化处理的低偏角4H-SiC衬底的CVD设备中，以5～20L/min流量通入H₂至压力为6～80Torr，调节H₂流量为2～40L/min，于1300～1500℃下，H₂原位刻蚀衬底2～50min；

2)生长渐变缓冲层：于1400～1600℃温度和40mTorr～100Torr压力下，分别通入流量为8～60mL/min、1～10mL/min、1～20mL/min和3～15mL/min的HCl、C₂H₄、SiH₄和掺杂气体10～80min，生长渐变缓冲层至0.5-6μm；

3)生长外延层：分别将SiH₄和C₂H₄的流量调节为10～80mL/min和5～50mL/min生长外延层。

所述无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法的第一优选技术方案，步骤1所述减压下的设备压力＜10^-4Torr。

所述无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法的第二优选技术方案，步骤1所述的4H-SiC衬底的净化步骤中，按RCA标准清洗工艺，用清洗液硫酸、氨水、盐酸、双氧水、氢氟酸、无水乙醇或去离子水。

所述无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法的第三优选技术方案，步骤1所述4H-SiC衬底的偏角＜2°。

所述无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法的第四优选技术方案，步骤1所述CVD设备为垂直热壁低压CVD系统。

所述无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法的第五优选技术方案，步骤2中所述掺杂气体为N₂或三甲基铝，其流量每5min减少1-5mL/min。

所述无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法的第六优选技术方案，步骤2中所述渐变缓冲层的掺杂浓度沿衬底的法线方向线性递减。

所述无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法的第七优选技术方案，控制步骤2和步骤3中所述的SiH₄和C₂H₄流量使C/Si的摩尔比为0.6～2。

所述无台阶聚集低偏角碳化硅外延生长方法的第八优选技术方案，所述外延层的生长时间大于缓冲层的2倍。

与最接近的现有技术比，本发明方法具有如下有益效果：

1)本发明提供的这种低偏角(＜2°)4H-SiC衬底上同质外延生长外延层的方法，通过使用低生长压强，高生长温度，纯氢原位刻蚀和添加HCl的方法，避免了外延层台阶聚集，可获得光亮的4H-SiC外延层。