CN109680260A - 一种基于CVD法制备sic的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CVD法制备sic的工艺，包括以下步骤：(a)在具有小于5°的偏角的4H‑SiC(0001)面的SiC体衬底上进行第一外延生长，作为第一温度1480的主表面，通过使SiC本体衬底与Si供应气体和C供应气体接触，或者更低；(b)在SiC块体基板的温度从第一温度升高到高于第一温度的第二温度期间，停止SiC块体基板与Si供应气体和C供应气体接触；(c)在达到第二温度后，通过使SiC块体基板与Si供应气体和C供应气体接触，在第二温度下在SiC块体基板上进行第二外延生长。

Description

一种基于CVD法制备sic的工艺
技术领域
本发明涉及制备sic技术领域，特别涉及一种基于CVD法制备sic的工艺。
背景技术
作为碳化硅的SiC具有相对大于硅(Si)的带隙，介电击穿电场强度，饱 和漂移速度和导热率。因此，SiC功率器件允许显着减少功率损耗和尺寸减小， 并且SiC功率器件可以在电源和电力转换时实现节能，从而引起对电动车辆的 增强性能的关注，增强了功能性。太阳能电池系统等实现低碳社会。
为了制造SiC功率器件，需要预先通过热化学气相沉积(CVD)等在SiC体 衬底上外延生长作为器件的有源区的SiC外延层。这里的有源区是包括生长方 向轴的横截面区域，其中根据期望的器件规格精确地控制晶体中的掺杂浓度和 膜厚度。包括在其上形成的SiC外延层的SiC体衬底被称为碳化硅(SiC)外延 晶片。SiC功率器件需要具有例如几百伏到几十千伏的高电压规格，因此需要将 SiC外延层的膜厚度厚地形成为几μm到几几伏。几百微米。
对于SiC的外延生长，采用阶梯流外延，其中SiC体衬底具有大于0°的偏 角。通常通过热CVD生长。在SiC体衬底的表面上的表面缺陷(例如磨蚀划痕 和细小的不规则性)容易转移到SiC外延层。为了抑制SiC体衬底上的表面缺 陷的转移，在SiC外延生长的早期阶段降低生长温度以减慢生长速度是有效的。 然而，需要具有厚膜的SiC外延层优选地在高温下生长以加速生长速度以提高 制造SiC外延晶片的生产量。
因此，通过在低于1500℃的温度下进行第一外延生长来制造SiC外延晶片 的方法。然后在1500℃的温度下进行第二次外延生长。已经开发了C.或更高 版本(例如，参见专利文献1)。为了在第一外延生长中抑制来自SiC体衬底的 表面缺陷的转移，常规方法降低生长温度，并且为了在SiC外延层上高速执行 第二外延生长而提高生长温度由第一次外延生长形成。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于CVD法制备sic的工艺，其目的 在于提供一种SiC的制造方法，该方法能够抑制在从第一温度到第二温度的温 度上升期间出现诸如阶梯聚束的表面缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种基于CVD法制备sic的工艺，包括以下步骤：
根据本发明的制造SiC外延晶片的方法包括：第一步骤，通过提供Si供应 气体和供应气体，在具有4H-SiC(0001)的SiC体衬底上进行第一外延生长) 偏角小于5°。作为第一温度1480.degree的主表面。C.或更高，1530.degree。 或更低；第二步骤是停止供应Si供应气体和C供应气体，并将SiC块状基板 的温度从第一温度升高到高于第一温度的第二温度；第三步，通过提供Si供 应气体和C供应气体，在第二步骤中在第二温度下升温的SiC块体基板上进行 第二外延生长。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这 些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外， 下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲 突就可以相互组合。
本发明的优选实施例一提供了一种基于CVD法制备sic的工艺，包括以下 步骤：
根据本发明的制造SiC外延晶片的方法包括：
S1，通过提供Si供应气体和C供应气体，在具有4H-SiC(0001)的SiC体 衬底上进行第一外延生长)偏角小于5°。作为第一温度1480℃的主表面。C. 或更高，1530℃或更低；
S2是停止供应Si供应气体和C供应气体，并将SiC块状基板的温度从第一 温度升高到高于第一温度的第二温度；
S3，通过提供Si供应气体和C供应气体，在第二步骤中在第二温度下升温 的SiC块体基板上进行第二外延生长。
步骤S1中，将SiC块状基板设置在CVD装置的反应器中，并且温度升高到 第一温度，以使用H2气体作为还原气体在气体气氛中进行第一外延生长。还原 气体在步骤S1至步骤S5中在反应器中流动。可以向还原气体中加入含氯气体 如HCl。第一个温度是1480℃
步骤S2中，将SiH4和C3H8的原料气体引入反应器中以在第一温度下进行 第一次外延生长。对于SiC的外延生长，生长温度为1480。或更低是相对低的 温度，并且生长速度相对慢。换句话说，在步骤S2中，在第一温度1480的缓 慢生长，优选1480℃。或更低能够实现第一外延生长而不将SiC体衬底的表面 缺陷(例如，在SiC体衬底的表面上的磨料划痕和细小的不规则性)转移到外 延生长层。
在步骤S2中，需要使用Si供应气体和C供应气体作为原料气体，并且也 可以使用Si供应气体，例如除SiH3之外的SiH3Cl，以及也可以使用C供应气 体，例如，除了C3H8之外的C2H4。
在步骤S2中，可以供应氮，Al，B，Be等的掺杂气体。根据需要提供这些 掺杂气体，从而可以形成N型或P型的外延生长层。这些掺杂气体可以在步骤 S2开始时或之后开始引入，或者可以在步骤S2开始之前，即步骤S1中引入。
在步骤S2中的第一次外延生长完成之后，温度上升到第二温度，以便从步 骤S3中的第一温度进行第二外延生长。在步骤S3中的温度升高期间，停止供 应作为在步骤S2中流动的原料气体的SiH4和C3H8。
步骤S3提高温度，使得在步骤S2中的温度上升期间在步骤S2中针对第一 温度优化的原料气体的流速不适合。因此，当原料气体在温度升高期间流动时， 下面描述的台阶聚束可能发生在SiC外延层的表面上。特别是在偏角小于5°的 情况下。使得本实施例中使用的偏角规格是4°，由于C 3供应气体如C.sub.3H8 在不合适的流动下流动，显着地发生诸如台阶聚束的表面缺陷。率。因此，在 该实施例中，在从第一温度到第二温度的温度上升期间停止供应C3H.sub.8。
在不使用本实施例的情况下在升温期间继续供应Si供应气体和C供应气体 时发生的表面缺陷包括例如下面描述的台阶聚束和硅滴。
在步骤S3中温度升高到第二温度之后，在步骤S4中在第二温度下进行第 二外延生长。换句话说，在步骤S4中引入适合于第二温度的流速的原料气体。 第二温度是高于第一温度的温度，并且生长在高于第一外延生长的温度下进行， 使得第二外延生长的生长速度增加并且制造SiC外延的方法的生产量晶圆增 加。
通过使用该实施例，在第一外延生长中形成具有足够表面形状的外延层而 不转移SiC体衬底的表面缺陷，并且在温度上升到第二外延生长期间停止供应 原料气体。第二温度引起几乎不发生台阶聚集的气体气氛，从而可以在完成第 一外延生长之后在足够的表面上进行第二外延生长，并且可以在保持足够的表 面形状的同时进行外延生长随着增长速度的增加。
同样在步骤S4中，可以供应氮，Al，B，Be等的掺杂气体。适当地提供这 些掺杂气体，从而可以形成N型或P型的外延生长层。这些掺杂气体可以在步 骤S4开始时或之后开始引入，或者可以在步骤S4开始之前引入，即，在步骤 S3中引入。此外，步骤S2中供应的掺杂气体可以在步骤S3和步骤S4中继续供 应。
以这种方式，在第一外延生长和第二外延生长中，以每种掺杂密度所需的 流速供应掺杂气体，从而可以形成具有所需掺杂密度的SiC外延晶片。
在第二外延生长形成具有所需膜厚度的外延层之后，停止供应原料气体，然后 将温度降低到步骤S5中取出形成的SiC外延晶片的温度。
通过使用该实施例中，可以通过提高不转移SiC体衬底的表面缺陷，并且 此外，可以执行在该步骤中的温度上升的过程中聚束的发生被抑制在SiC外延 生长。
此外，根据该实施例，在高于第一温度的第二温度下在具有足够表面形状 的SiC外延生长层的表面上执行第二外延生长，从而具有具有足够表面的SiC 外延晶片的效果可以以高生产率形成形状。
在该实施例中，第一温度是1480℃，或更低并且第一外延生长在使得衬 底的缺陷最难转移的温度范围内进行，使得缺陷密度低至30/cm2或更低的SiC 外延晶片可以制造，当第一温度优选为1480℃，或更高1515℃或更低，可以 制造具有10/cm2或更低的较低缺陷密度的SiC外延晶片。
根据该实施例，在高于第一温度的第二温度下执行第二外延生长，从而可以 制造具有减少点缺陷的SiC外延晶片。
在该实施例中，SiC体衬底的主表面是Si平面，但是它可以是C平面。
使用该实施例的示例使用具有4°的偏角规格的SiC体衬底，这是由于使用实际 具有在3°范围内的偏角的SiC体衬底。因为从批量切割加工的准确性小于1.
此外，使用该实施例的示例使用具有4°的偏角规格的SiC体衬底，但是对 于具有小于4°的偏角规格的SiC体衬底，步骤1具有更大的平台宽度。因此， 较大的平台宽度比当偏角规格为4°时更容易引起诸如台阶聚束的表面缺陷，从 而在温度升高期间停止供应原料气体的效果抑制了通过使用该实施例获得了阶 梯聚束的发生。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方 式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这 些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于CVD法制备sic的工艺，其特征在于，包括以下步骤：(a)在具有小于5°的偏角的4H-SiC(0001)面的SiC体衬底上进行第一外延生长。作为第一温度1480℃的主表面或更高，1530℃通过使SiC本体衬底与Si供应气体和C供应气体接触或者更低；(b)在SiC块体基板的温度从第一温度升高到高于第一温度的第二温度期间，停止SiC块体基板与Si供应气体和C供应气体接触；(c)在达到第二温度后，通过使SiC块体基板与Si供应气体和C供应气体接触，在第二温度下在SiC块体基板上进行第二外延生长。
2.根据权利要求1所述的方法，其中(b)中温度的升高是在加入氯气的还原气体的气氛中进行的，其中所述第二温度是1630℃或更高。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在(a)中使所述SiC块状衬底与N型掺杂气体接触。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括在执行(a)，停止(b)和执行(c)期间使SiC块状衬底与还原气体接触。
5.根据权利要求1所述的方法，其中Si供应气体选自SiH3Cl和SiH4。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述C供应气体选自由C2H4和C3H6组成的组。
7.根据权利要求1的方法，其中Si供应气体是SiH4，C供应气体是C3H8。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述SiC块状衬底与含有选自Al、B和Be中的至少一种的P型掺杂剂接触。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述SiC块状衬底与所述Si供应气体和所述C供应气体接触而不进行蚀刻。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述执行期间(b)使所述SiC块状衬底与还原气体接触，同时停止所述Si供应气体和所述C供应气体并且从所述SiC块状衬底的温度增加所述SiC块状衬底的温度。第一温度到第二温度，其中(b)中的温度升高仅在还原性气体的气氛中进行。
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