[发明专利]一种降低碳化硅外延片生长缺陷的方法及碳化硅衬底

说明书

本发明涉及一种降低碳化硅外延生长缺陷的方法及碳化硅衬底，所述方法包括：步骤10：碳化硅衬底的注入面表面沉积500‑800nm的SiO₂作为掩膜层，对刻蚀窗口下掩膜层进行刻蚀，完成刻蚀后，对光刻胶进行清洗；步骤20：对上一步获得的碳化硅衬底的所述注入面进行N元素的高温离子注入，形成高N区域；步骤30：完成N元素的高温离子注入后，使用酸性缓冲液进行清洗，洗去掩膜层，得到经过处理的碳化硅衬底，以其作为外延生长的基片。该方法可以阻止常规碳化硅衬底中BPD延伸扩展导致的外延生长堆垛层错(SF)的形成，提高外延生长的质量。

技术领域

本发明涉及碳化硅外延生长技术，尤其是一种降低碳化硅外延生长缺陷的方法及碳化硅衬底。

背景技术

碳化硅SiC是第三代半导体材料，在智能电网、电动汽车、轨道交通、新能源并网、开关电源、工业电机以及家用电器等领域得到应用，并展现出良好的发展前景。与传统硅功率器件制作工艺不同的是，碳化硅功率器件不能直接制作在碳化硅单晶材料上，必须在导通型单晶衬底上额外生长高质量的外延材料，并在外延层上制造各类器件。因此，获得高质量的碳化硅外延层非常重要。

对于SiC双极器件，在正向偏置电压的条件下，基面位错(BPD)将会导致外延生长堆垛层错(SF)的产生，而SF则是导致SiC双极器件产生致命退化的主要缺陷。

现有技术中的SiC外延生长工艺，如果需要大幅降低漂移层中BPD的密度，则需要生长较厚的高氮掺杂缓冲层，约为5-10μm。但这将会给SiC的连续外延生长带两个严重的问题，一是高氮掺杂缓冲层的工艺条件较为特殊，长时间高氮掺杂缓冲层的生长将会导致CVD设备配件寿命的大幅降低；二是进行高氮掺杂缓冲层的生长会不可避免地提高CVD炉内的背景浓度，长时间的高氮掺杂缓冲层生长则会导致炉内背景浓度严重偏高，这就会直接导致接下的漂移层浓度不可控，且漂移层的浓度均匀性也将变差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的碳化硅外延生长容易产生堆垛层错(SF)的问题，提供一种降低碳化硅外延生长缺陷的方法，该方法可以阻止常规碳化硅衬底中BPD延伸扩展导致的外延生长堆垛层错(SF)的形成。

发明人认为，为保证SiC双极性器件不产生致命退化有两种思路：一是在SiC的外延层的过程中要避免衬底中BPD继续延续到外延层中，即通过一些特殊外延结构完成BPD向刃位错(TED)的转化；二是减少BPD向SF的扩展。本发明提出的方法可不进行高氮掺杂缓冲层的生长或只需生长较薄的高氮掺杂缓冲层，厚度可以为0.2μm-5μm，优选为0.2μm-0.5μm，有效避免了因为长时间的高氮掺杂缓冲层生长而带来的不利影响。并且通过对晶片的氮离子注入处理，将衬底中的BPD转化为刃位错(TED)结构，达到阻止衬底中BPD延伸扩展的目的，从而降低堆垛层错(SF)的产生。

具体方案如下：

一种降低碳化硅外延生长缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤10：提供具有注入面的碳化硅衬底，在所述注入面表面沉积500-800nm的SiO₂作为掩膜层，然后在所述掩膜层表面涂覆光刻胶，在掩膜板下经过曝光并显影形成掩膜层刻蚀窗口，对刻蚀窗口下掩膜层进行刻蚀，完成刻蚀后，对所述光刻胶进行清洗；

步骤20：对上一步获得的碳化硅衬底的所述注入面进行N元素的高温离子注入，使所述注入面上对应所述刻蚀窗口的位置形成高N区域，所述高N区域的N浓度至少要大于5E18cm^-3，所述高N区域的深度至少大于0.1μm；

步骤30：完成N元素的高温离子注入后，使用酸性缓冲液进行清洗，洗去掩膜层，得到经过处理的碳化硅衬底，以其作为外延生长的基片。进一步的，步骤30中经过处理的碳化硅衬底，在进行后续外延生长时去除刻蚀步骤，以防止N原子的析出。