[发明专利]一种生长掺杂界面清晰的碳化硅外延薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种生长掺杂界面清晰的碳化硅外延薄膜的制备方法，包括如下步骤：将碳化硅衬底放置到反应室中；反应室缓慢达到设定压力和气体流量，在氢气流中加热反应室；对碳化硅衬底进行原位刻蚀处理；开始生长P型或N型掺杂的碳化硅外延层；生长极薄外延层；刻蚀掉上述步骤5中所生长的极薄外延层；生长多层数的不同掺杂类型且易受掺杂残余影响的碳化硅外延层，或连续生长同一掺杂类型且不易受掺杂残余影响的碳化硅外延层；在大流量、高压力氢气气氛下冷却碳化硅衬底；待反应室冷却后，反应室抽真空或氩气充填反应室至大气压，取出碳化硅外延片。该制备方法可有效地减少背景记忆效应，形成掺杂界面清晰的碳化硅外延薄膜。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种生长掺杂界面清晰的碳化硅外延薄膜的制备方法。

背景技术

近些年，碳化硅(SiC)外延材料和器件正在稳步而快速增长，在某些领域其正在逐步替代传统的硅和砷化镓材料。相对于硅和砷化镓来说，碳化硅具有宽带隙、高导热率、高击穿强度、高电子饱和漂移速度、高的硬度等优点，也有着很强的化学稳定性。这些优良的物理和电学性能使碳化硅在应用上具有很多优势，特别适合于高功率、高温和高频应用。

碳化硅材料的载流子浓度这一参数通常通过材料掺杂控制来实现。因此，碳化硅外延材料的掺杂是器件制备中的关键工艺之一。然而，由于碳化硅的键强度高而不能采用扩散工艺，只能利用外延控制掺杂和高温离子注入掺杂。高温离子注入会造成大量晶格损伤，形成大量退火也很难完全消除的晶格缺陷，严重影响了器件的性能，且离子注入效率很低，因而不适合做大面积掺杂。同时，碳化硅器件所用外延材料一般由多层外延层组成，尤其是不同掺杂类型的多层外延层，比如MESFET等结构外延材料。而由于首先进行的P型或者N型掺杂外延会形成一定的背景记忆效应，导致随后进行的N型或者P型掺杂外延界面模糊。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种可有效地减少背景记忆效应，形成掺杂界面清晰的碳化硅外延薄膜的制备方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的一种生长掺杂界面清晰的碳化硅外延薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将碳化硅衬底放置到充抽过的碳化硅化学气相沉积设备的反应室中，再将反应室抽成真空；

步骤2，反应室缓慢达到设定压力和气体流量，在氢气流中加热反应室；

步骤3，对碳化硅衬底进行原位刻蚀处理；

步骤4，设置生长条件，开始生长P型或N型掺杂的碳化硅外延层，包括下述步骤：

(4.1)当反应室温度达到1550℃～1600℃时，保持反应室温度、气体流量和压力恒定；

(4.2)根据外延生长需要，将液态三甲基铝放置于鼓泡器中，将5ml/min～50ml/min氢气通入鼓泡器中，使氢气携带三甲基铝通入反应室中用作P型掺杂源；或将0ml/min～2000ml/min的高纯氮气通入反应室中用作N型掺杂源；

(4.3)向反应室通入流量为5～100mL/min的硅源、流量为5～200mL/min的碳源作为生长源，通入相应的三甲基铝或高纯氮气作为掺杂源，生长P型或者N型掺杂碳化硅外延层，其生长时间取决于外延厚度；

步骤5，当上述步骤4中生长的为P型掺杂的碳化硅外延层时，采用流量为5mL/min的硅源，控制硅源和碳源的流量比，即碳硅比1.0～1.3，生长时间为1～6min，生长极薄外延层；当上述步骤4中生长的为N型掺杂的碳化硅外延层时，采用流量为5mL/min的硅源，控制硅源和碳源的流量比，即碳硅比1.5～1.8，生长时间为1-6min，生长极薄外延层；本发明步骤5中以低碳硅比所生长P型或者以高碳硅比所生长N型的极薄碳化硅外延层可去除步骤4中的掺杂残留。