[发明专利]提高碳化硅多层结构外延材料批次间掺杂均匀性的方法

摘要

本发明涉及的是一种提高碳化硅多层结构外延材料批次间掺杂浓度均匀性的方法。以化学汽相淀积生长技术为基础，对偏向<11-20>方向8°的(0001)硅面碳化硅衬底预处理后，使用纯硅烷和纯丙烷作为生长源，氢气作为载气和稀释气体，选择氮气作为掺杂剂实现n型掺杂。采用低速外延的方法，并结合低进气端碳硅比，增加氮气掺杂效率，采用较低的氮气流量在碳化硅衬底上外延生长高掺杂浓度的薄外延层，生长高阻厚层外延时，则加大进气端C/Si比，并采用高速外延的方法生长所需浓度及厚度的沟道层，以降低背景记忆效应。优点可以提高外延工艺的重复性，为碳化硅多层结构外延材料，特别是肖特基二级管结构外延材料的批量生产提供技术支持。

主权项

一种提高碳化硅多层结构外延材料批次间掺杂浓度均匀性的方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤：一、选取偏向<11‑20>方向8°的硅面碳化硅衬底（1），将衬底置于有碳化钽涂层的石墨基座上；二、系统升温至1400℃，设置压力为100mbar，在H2流量80L/min、Ar流量3L/min和C3H8流量10ml/min气氛下在线对衬底表面进行处理，去除表面的损伤和沾污，处理时间为温度从1400℃升温到实际生长温度1570℃所需时间在30分钟之内；三、当温度升温至外延生长温度1570℃时，通入生长源硅烷及丙烷进行生长，并根据外延层的掺杂浓度及厚度选择不同的生长源流量、进气端碳硅比以及掺杂源氮气流量；当外延层厚度处于0‑1微米区间，掺杂浓度大于1018 cm‑3时选用硅烷和丙烷流量分别为5‑10ml/min和1.75‑3.5ml/min，进气端碳硅比为1.05，氮气流量为600‑1800ml/min，生长温度设定为1570℃，反应室压力100mbar，生长时间根据外延层厚度设定；当外延层厚度处于1‑5微米区间，掺杂浓度位于5×1016‑1018 cm‑3区间，选用硅烷和丙烷流量分别为10‑20ml/min和5‑10ml/min，进气端碳硅比为1.5，氮气流量200ml/min至600ml/min，生长温度设定为1570℃，反应室压力100mbar，生长时间根据外延层厚度设定；当外延层厚度大于5微米，掺杂浓度小于5×1016时，选用硅烷和丙烷流量分别为20‑50ml/min和12‑30ml/min，进气端碳硅比大于等于1.8，氮气流量0ml/min至200ml/min，生长温度设定为1570℃，反应室压力100mbar，生长时间根据外延层厚度设定；四、在上层碳化硅外延完成生长之后，使用步骤三的方法选择下一层碳化硅外延层所用的生长源流量、进气端碳硅比以及掺杂源氮气流量，并通过爬坡的方法将生长源及掺杂源调节至所需要的流量，期间硅烷及氮气通向排外气路，丙烷通向反应室，爬坡过程为1分钟；五、当生长源及掺杂源爬坡至所需要的流量后，将硅烷及氮气通入反应室进行碳化硅外延层的生长；六、根据外延结构的层数重复步骤四和步骤五；七、在完成所需外延结构生长之后，关闭生长源和掺杂源，降温。