[发明专利]减少外延片表面划痕的方法

说明书

本发明公开了一种减少外延片表面划痕的方法，包括以下步骤：(1)将碳化硅衬底置于碳化硅外延系统反应室内的石墨基座上；(2)利用氩气对反应室内气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至20～40L/min，设置反应室的压力为700～1000mbar，并将反应室逐渐升温至1400～1500℃；(3)到达设定温度后，保持所有参数不变，对碳化硅衬底进行10～60分钟原位氢气刻蚀处理。本发明的方法利用在较低温度、高反应室压力和小流量氢气条件下，采用慢速以及趋于各项同性的氢气刻蚀对衬底进行处理，可以有效减少和弱化衬底表面的划痕，并减少外延层中由划痕所衍生的其他外延缺陷，该方法兼容现有外延工艺，不需要对核心工艺参数进行修改。

技术领域

本发明涉及一种外延片的生长方法，尤其涉及一种减少外延片表面划痕的方法。

背景技术

SiC是一种适用于高温、大功率、高频电子器件研制的宽带隙半导体材料，也是生长III-VI族化合物半导体的优质衬底。目前商业化的SiC衬底最大尺寸已经达到了6英寸，但是由于SiC材料本身机械强度高、化学稳定性好，导致其很难像硅材料那样进行机械或化学抛光。标准的金刚石磨料加工会造成肉眼看不见的机械损伤，SiC衬底的表面研究发现商业化SiC衬底表面经常存在很多细划痕，同时衬底下方存在10个纳米左右的损伤层。

化学机械抛光(CMP)工艺是目前最佳的去除SiC衬底表面划痕和亚损伤层的方法，很多SiC衬底供应商都有发展其独特的CMP工艺，但是大部分SiC衬底供应商的CMP工艺并不能完全去除SiC衬底表面的微划痕。外延过程中，这些微划痕会被放大，部分划痕还会衍生出新的外延缺陷。因此对SiC衬底进行有效的处理，减少以及弱化衬底表面的划痕对提高外延质量具有非常重要的意义。

在常规的SiC外延工艺中，衬底通常在低反应室压力，大流量氢气的条件下升温至外延生长温度，并在生长温度下保持通入氢气进行原位刻蚀处理。实际上氢气对衬底的刻蚀速率与氢气流量以及温度成正比关系，与反应室压力成反比关系。在高温、低反应室压力和大流量氢气条件下，氢气对衬底的刻蚀速率快，且趋向各项异性刻蚀，缺陷处的氢气刻蚀速率会加大，容易放大衬底表面的划痕。相反，在较低温度、高反应室压力和小流量氢气条件下，氢气对衬底的刻蚀速率慢，趋向各项同性，可以有效减少和弱化衬底表面的划痕。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种减少外延片表面划痕的方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种减少外延片表面划痕的方法，包括以下步骤：

(1)将碳化硅衬底置于碳化硅外延系统反应室内的石墨基座上；

(2)利用氩气对反应室内气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至20～40L/min，设置反应室的压力为700～1000mbar，并将反应室逐渐升温至1400～1500℃；

(3)到达设定温度后，保持所有参数不变，对碳化硅衬底进行10～60分钟原位氢气刻蚀处理；

(4)原位氢气刻蚀处理完成后，在5分钟内逐渐加大氢气流量至60～120L/min，并降低反应室压力至80～200mbar，并将反应室温度升至生长温度1550～1650℃；

(5)达到生长温度后，向反应室通入小流量的硅源和碳源，控制硅源和氢气的流量比小于0.03％，并通入掺杂源，生长出厚度为0.5-2μm，掺杂浓度～1E18cm^-3的高掺缓冲层；

(6)采用线性缓变的方式将生长源和掺杂源的流量改变至生长外延结构所需的设定值，根据常规工艺程序生长外延结构；

(7)外延结构生长完成后，关闭生长源和掺杂源，在氢气氛围中将反应室温度降至室温，然后将氢气排出，并通入氩气对反应室气体进行多次置换，并利用氩气将反应室压力提高至大气压，最后开腔取片。