CN104593865A - 碳化硅垒晶层的制造方法 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
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    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method

Abstract

本发明提供了一种碳化硅垒晶层的制造方法，其包括以下步骤：步骤一，在原本的硅晶圆制程上先以植入晶种方式进行拉晶；步骤二，成长一个含有氮化硅铝或多晶层的缓冲层或微量的碳化硅晶种，以改变晶圆表面的晶格长度；步骤三，先以微量成长碳化硅；步骤四，利用不同温度、不同压力交错进行不同特性程度的碳化硅生长；步骤五，退火。本发明以硅晶圆为底材，降低成本。

Description

碳化硅垒晶层的制造方法
技术领域
本发明涉及一种制造方法，具体地，涉及一种碳化硅垒晶层的制造方法。
背景技术
在功率元器件的发展中，主要半导体材料当然还是硅(Si)。在功率元器件领域中，通过微细化可以改善的性能仅限于100V以下的低耐压范围，在需要更高耐压的领域仅采用微细加工无法改善性能，因此，就需要在结构上下工夫。
低导通电阻是一个重要的特性，然而栅极电荷量与耐压在本质上存在权衡取舍的关系。
作为解决这个问题的手法，还通过变更材料来提高性能，就是使用了碳化硅(SiC)和GaN这类宽禁带(WBG)半导体的功率元器件。WBG材料的最大特点如表1所示，其绝缘击穿电场强度较高。只要利用这个性质，就可提高与Si元件相同结构时的耐压性能。
表1
  Si 4H-SiC GaN
带隙(eV) 1.12 3.2 3.39
相对介电常数 11.7 10 9
绝缘击穿场强(MV/cm) 0.3 3 3.3
电子饱和速度(107cm/s) 1 2 2.5
电子迁移率(cm2/Vs) 1350 720 900
热导率(W/cm·K) 1.5 4.5 2.3
SiC(碳化硅)功率元器件是以碳和硅的化合物——碳化硅作为原材料制作而成。所以许多研究机构和厂商将其视为新一代功率元器件，一直致力于对它的研发。由于其出色的性能，一直以“理想器件”备受期待的SiC功率器件近年来已得以问世。然而，目前SiC(碳化硅)的垒晶(垒晶的英文名为“Epitaxy”，也可以称为“磊晶”)都是以碳晶圆为底材，碳晶圆生长不易而且相当昂贵。另外，碳晶圆的性质研究并不如硅晶圆的性质研究来得透彻、成熟，不易大量商用生产。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种碳化硅垒晶层的制造方法，其以硅晶圆为底材，降低成本。
根据本发明的一个方面，提供一种碳化硅垒晶层的制造方法，一种碳化硅垒晶层的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，在原本的硅晶圆制程上先以植入晶种方式进行拉晶；步骤二，成长一个含有氮化硅铝或多晶层的缓冲层或微量的碳化硅晶种，以改变晶圆表面的晶格长度；步骤三，先以微量成长碳化硅；步骤四，利用不同温度、不同压力交错进行不同特性程度的碳化硅生长；步骤五，退火。
优选地，所述步骤一在硅晶圆制程中加入碳、锗、硼以改变其分子键结、密度以帮助后续碳化硅成长。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明以硅晶圆为底材，降低成本。硅晶圆底材的性质研究已非常透彻、成熟，容易大量商用生产。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中碳化硅、硅等进行绝缘击穿电场强度的效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明碳化硅垒晶层的制造方法包括以下步骤：
步骤一，在原本的硅晶圆制程上先以植入晶种方式进行拉晶；
步骤二，成长一个含有氮化硅铝或多晶层的缓冲层或微量的碳化硅晶种，以改变晶圆表面的晶格长度；
步骤三，先以微量成长碳化硅；
步骤四，利用不同温度、不同压力交错进行不同特性程度的碳化硅生长；
步骤五，退火。
其中，所述步骤一在硅晶圆制程中加入碳、锗、硼等物质以改变其分子键结、密度以帮助后续碳化硅成长。
利用此特殊的缓冲层或晶种以为后续碳化硅垒晶的母体，以成长出优良的碳化硅垒晶层。
本发明利用碳化硅晶圆所制造的功率半导体，其绝缘击穿电场强度较高，只要利用这个性质，就可提高与硅元件相同结构时的耐压性能。所以在相同的耐压条件下，可以得到较低的导通电阻特性。以下图1为例，在相同200伏耐压条件下，碳化硅元件的导通电阻大约只有传统硅元件的三分之一，碳化硅是一个非常具有市场前景及广泛推广的材料。
本发明以硅晶圆为底材，降低成本。硅晶圆底材的性质研究已非常透彻、成熟，容易大量商用生产。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种碳化硅垒晶层的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，在原本的硅晶圆制程上先以植入晶种方式进行拉晶；
步骤二，成长一个含有氮化硅铝或多晶层的缓冲层或微量的碳化硅晶种，以改变晶圆表面的晶格长度；
步骤三，先以微量成长碳化硅；
步骤四，利用不同温度、不同压力交错进行不同特性程度的碳化硅生长；
步骤五，退火。
2.根据权利要求1所述的碳化硅垒晶层的制造方法，其特征在于，所述步骤一在硅晶圆制程中加入碳、锗、硼以改变其分子键结、密度以帮助后续碳化硅成长。
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Non-Patent Citations (1)

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Title
SHIGEHIRO NISHINO，ET AL.: ""Production of large-area single-crystal wafers of cubic SiC for seniconductor devices"", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *

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