[发明专利]一种C面SiC外延结构及外延沟槽的填充方法

说明书

本发明公开了一种C面SiC外延结构及外延沟槽的填充方法，包括以下步骤：对正轴C面4H‑SiC衬底进行刻蚀、在正轴C面4H‑SiC衬底上生长N型4H‑SiC缓冲层、在4H‑SiC缓冲层上生长N型4H‑SiC外延层、由N型4H‑SiC外延层的表面向下刻蚀沟槽、通入含氯的硅源气体、碳源、HCl和B₂H₆、H₂，于1700～1800℃温度和10～50mbar压力下填满沟槽、抛光，抛去N型4H‑SiC外延层表面过生长的4H‑SiC，得到上表面光滑的交替排列的p型和n形区域；本发明提供的C面SiC外延沟槽的填充方法降低了BPD密度和台阶聚集缺陷的发生。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种C面SiC外延结构及外延沟槽的填充方法。

背景技术

SiC作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有宽禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率及高载流子饱和速率等特性。

SiC器件优化进步的重要方向之一是不断降低器件的比导通电阻。而超级结技术毫无疑问是降低漂移区比导通电阻的最有效手段。超级结技术是一种通过采用交替的P型掺杂区域和N型掺杂区域结构来实现电荷补偿并作为耐压层，以同时得到低比导通电阻和高耐压能力的技术。理论上已经证明超级结器件可以将半导体材料导通电阻与器件耐压能力理论极限的Ron,sp∝BV^2.3～2.5降低到Ron,sp∝BV^1.32。

SiC外延材料是器件制备的基础，基于Si面SiC外延生长通过竞位原理可实现低的背景掺杂，Si面衬底得到广泛使用，目前SiC沟槽填充都在Si面进行。在Si面外延生长过程中，由于Si面低的表面扩散长度，导致Si面容易出现3C-SiC杂晶问题，为解决该问题，1987年Matsunami等人提出在具有偏角衬底进行上进行同质外延生长。衬底偏角的意义在于在衬底表面引入台阶，吸附的原子在衬底表面扩散，最终在能量较低的台阶或扭折处并入晶格，晶体会沿着台阶向前推进，使得外延的材料能够有效的继承衬底的堆垛序列，偏角越大引入的台阶密度便越高，就越有利于外延生长在台阶流的生长方法中。

目前SiC外延生长普遍采用的是偏[11-20]晶向4°或者8°Si面衬底，偏角越大，台阶密度越高，外延层表面形貌越好，然而BPD的burgers矢量为1/3[11-20]，偏角越大，衬底上的BPD越容易贯穿到外延层中，同时也带来成本的上升。BPD对器件有着严重的危害，当少数载流子到达BPD扩展为高电阻的堆垛层错，增大器件的导通电阻，使SiC器件性能劣化。此外，Si面的表面自由能较高为2220J/cm²，根据吉布斯自由能原理，体系总是自发的向自由能减小的方向运动，在外延生长时容易以形成突起和凹坑的方式释放表面自由能，Si面较容易出现台阶聚集。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种C面SiC外延结构及外延沟槽的填充方法。C面较Si面有着显著的优点，C面上表面扩散长度值比Si面长一个数量级以上，在C面可以在几乎正轴衬底上生长得到无3C-夹杂的SiC表面。其次，C面的表面自由能为300J/cm²，较S面的表面自由能较高为2220J/cm²低很多，C面生长外延表面较光滑，不易出现台阶聚集。

本发明采取的技术方案为：

一种C面SiC外延沟槽的填充方法，所述方法包括以下步骤：

(1)对正轴C面4H-SiC衬底进行刻蚀；

(2)在正轴C面4H-SiC衬底上生长N型4H-SiC缓冲层；

(3)在4H-SiC缓冲层上生长N型4H-SiC外延层；

(4)由N型4H-SiC外延层的表面向下刻蚀沟槽；