CN111146075A - 一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法 - Google Patents

一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体材料制造技术领域，具体公开一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法。所述提高碳化硅外延片载流子寿命的方法是在碳化硅外延片表面沉积厚度为100‑2000nm的碳原子层，然后进行退火处理。本发明的方法有效提高碳化硅外延晶圆载流子寿命，操作简单、效率高、成本低，具有极高的推广价值。

Description

一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法
技术领域
本发明涉及半导体材料制造技术领域，尤其涉及一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法。
背景技术
与硅和砷化镓为代表的传统半导体材料相比，碳化硅作为一种宽禁带半导体材料，具有高热导率、高击穿电场、高饱和电子漂移速率和高键合能等突出优点，其优异的性能能够满足现代电子技术对高温、高频、高功率和抗辐射等方面的要求，碳化硅双极型器件由于电导调制的特性，可实现超高的耐压和超低的导通电阻，尤其适用于高压及超高压领域电力电子应用。
碳化硅同质外延过程及离子注入过程都会形成碳空位缺陷，引入深能级缺陷，这种深能级缺陷会成为载流子的复合中心，造成载流子寿命过短，常见的商用外延晶圆载流子寿命在0.6-1μs，因此，现在碳化硅外延片载流子寿命较低，无法实现有效的电导调制。
发明内容
针对现有碳化硅外延片载流子寿命较低，无法实现有效的电导调制的问题，本发明提供了一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，在碳化硅外延片表面沉积厚度为100-2000nm的碳原子层，然后进行退火处理。
可选的，所示碳化硅外延片的材料为偏向<11-20>方向4°的硅面碳化硅材料。
可选的，沉积碳原子层之前对所述碳化硅外延片进行RCA清洗。
RCA清洗可有效去除碳化硅表面的颗粒物和金属杂质，利于碳原子在碳化硅外延片表面进行扩散。
可选的，所述碳原子层的沉积厚度为500-1000nm。
可选的，用化学气相沉积法在所述碳化硅外延片表面沉积碳原子层。
可选的，所述沉积温度为1300-1500℃。
可选的，所述沉积碳原子层所用的碳源为甲烷、乙烷、丙烷和烯烃类化合物中的一种或几种的组合；所述碳源的流量为100-500sccm。
可选的，所述退火气氛为氩气。
可选的，所述退火温度为1200-1600℃，退火时间为1-10h。
可选的，所述退火温度为1400-1500℃，退火时间为5-8h。
在碳原子层的沉积厚度一定的情况下，退火温度为1400-1500℃，可进一步增加碳原子在碳化硅材料表面的扩散程度，显著降低碳化硅材料的碳空位缺陷。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，通过在碳化硅外延片表面沉积一定厚度的碳原子层再进行退火，可使碳原子快速扩散进入碳化硅材料内部，消除碳化硅外延片中的碳空位缺陷，有效提高碳化硅外延片的载流子寿命；该方法操作简单、效率高、成本低，具有极高的推广价值。
附图说明
图1是本发明实施例1中碳原子层中的碳原子扩散进入碳化硅外延片的示意图；
其中，1、碳化硅外延片，2、碳原子层，3、碳空位，4、碳原子。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明实施例提供的，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，包括以下步骤：
a、碳化硅外延片1准备：选取4寸偏<11-20>方向4°的硅面碳化硅外延片1，其外延层杂质浓度为5×1014cm-3，外延层厚度为100μm，对其进行标准RCA清洗后待用；使用μ-PCD方法测试，测得该碳化硅外延片1的载流子寿命为1μs；
b、表面沉积碳原子层2：用化学气相沉积法在碳化硅外延片1表面上进行碳原子层2沉积，沉积生长温度为1300℃，碳生长源为甲烷，甲烷流量为100sccm，控制碳原子层2的沉积厚度为100nm；
c退火：对沉积碳原子层2的碳化硅外延片1进行退火处理，退火温度1200℃，退火时间为10h，使碳原子层2中的碳原子4在碳化硅外延片1表面进行扩散，对碳化硅外延片1内的碳空位3进行填充，消除碳化硅外延片1中的碳空位3缺陷，延长碳化硅外延片1的载流子寿命。
使用μ-PCD方法测试，对退火处理后的碳化硅外延片1载流子寿命进行测试，其寿命可达到4.9μs。
实施例2
一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，包括以下步骤：
a、碳化硅外延片1准备：选取4寸偏<11-20>方向4°的硅面碳化硅外延片1，其外延层杂质浓度为3×1014cm-3，外延层厚度为90μm，对其进行标准RCA清洗后待用；使用μ-PCD方法测试，测得该碳化硅外延片1的载流子寿命为1μs；
b、表面沉积碳原子层2：用化学气相沉积法在碳化硅外延片1表面上进行碳原子层2沉积，沉积生长温度为1400℃，碳生长源为乙烷，乙烷流量为200sccm，控制碳原子层2的沉积厚度为2000nm；
c退火：对沉积碳原子层2的碳化硅外延片1进行退火处理，退火温度1600℃，退火时间为1h，使碳原子层2中的碳原子4在碳化硅外延片1表面进行扩散，对碳化硅外延片1内的碳空位3进行填充，消除碳化硅外延片1中的碳空位3缺陷，延长碳化硅外延片1的载流子寿命。
使用μ-PCD方法测试，对退火处理后的碳化硅外延片1载流子寿命进行测试，其寿命可达到5.2μs。
实施例3
一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，包括以下步骤：
a、碳化硅外延片1准备：选取4寸偏<11-20>方向4°的硅面碳化硅外延片1，其外延层杂质浓度为5×1014cm-3，外延层厚度为100μm，对其进行标准RCA清洗后待用；使用μ-PCD方法测试，测得该碳化硅外延片1的载流子寿命为1μs；
b、表面沉积碳原子层2：用化学气相沉积法在碳化硅外延片1表面上进行碳原子层2沉积，沉积生长温度为1500℃，碳生长源为乙烯，乙烯流量为500sccm，控制碳原子层2的沉积厚度为500nm；
c退火：对沉积碳原子层2的碳化硅外延片1进行退火处理，退火温度1400℃，退火时间为8h，使碳原子层2中的碳原子4在碳化硅外延片1表面进行扩散，对碳化硅外延片1内的碳空位3进行填充，消除碳化硅外延片1中的碳空位3缺陷，延长碳化硅外延片1的载流子寿命。
使用μ-PCD方法测试，对退火处理后的碳化硅外延片1载流子寿命进行测试，其寿命可达到5.8μs。
实施例4
一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，包括以下步骤：
a、碳化硅外延片1准备：选取4寸偏<11-20>方向4°的硅面碳化硅外延片1，其外延层杂质浓度为3×1014cm-3，外延层厚度为90μm，对其进行标准RCA清洗后待用；使用μ-PCD方法测试，测得该碳化硅外延片1的载流子寿命为1μs；
b、表面沉积碳原子层2：用化学气相沉积法在碳化硅外延片1表面上进行碳原子层2沉积，沉积生长温度为1300℃，碳生长源为丙烷，丙烷流量为300sccm，控制碳原子层2的沉积厚度为1000nm；
c退火：对沉积碳原子层2的碳化硅外延片1进行退火处理，退火温度1500℃，退火时间为8h，使碳原子层2中的碳原子4在碳化硅外延片1表面进行扩散，对碳化硅外延片1内的碳空位3进行填充，消除碳化硅外延片1中的碳空位3缺陷，延长碳化硅外延片1载流子寿命。
使用μ-PCD方法测试，对退火处理后的碳化硅外延片1载流子寿命进行测试，其寿命可达到5.6μs。
实施例5
一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，包括以下步骤：
a、碳化硅外延片1准备：选取4寸偏<11-20>方向4°的硅面碳化硅外延片1，其外延层杂质浓度为5×1014cm-3，外延层厚度为100μm，对其进行标准RCA清洗后待用；使用μ-PCD方法测试，测得该碳化硅外延片1的载流子寿命为1μs；
b、表面沉积碳原子层2：用化学气相沉积法在碳化硅外延片1表面上进行碳原子层2沉积，沉积生长温度为1300℃，碳生长源为甲烷，甲烷流量为100sccm，控制碳原子层2的沉积厚度为800nm；
c退火：对沉积碳原子层2的碳化硅外延片1进行退火处理，退火温度1450℃，退火时间为6h，使碳原子层2中的碳原子4在碳化硅外延片1表面进行扩散，对碳化硅外延片1内的碳空位3进行填充，消除碳化硅外延片1中的碳空位3缺陷，延长碳化硅外延片1载流子寿命。
使用μ-PCD方法测试，对退火处理后的碳化硅外延片1载流子寿命进行测试，其寿命可达到5.9μs。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：在所述碳化硅外延片表面沉积厚度为100-2000nm的碳原子层，然后进行退火处理。
2.如权利要求1所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：所述碳化硅外延片的材料为偏向<11-20>方向4°的硅面碳化硅材料。
3.如权利要求1所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：沉积碳原子层之前对所述碳化硅外延片进行RCA清洗。
4.如权利要求1所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：所述碳原子层的沉积厚度为500-1000nm。
5.如权利要求1所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：用化学气相沉积法在所述碳化硅外延片表面沉积碳原子层。
6.如权利要求5所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：所述沉积温度为1300-1500℃。
7.如权利要求1所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：所述沉积碳原子层所用的碳源为甲烷、乙烷、丙烷和烯烃类化合物中的一种或几种的组合；所述碳源的流量为100-500sccm。
8.如权利要求1所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：所述退火气氛为氩气。
9.如权利要求1所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：所述退火温度为1200-1600℃，退火时间为1-10h。
10.如权利要求9所述的提高碳化硅外延片载流子寿命的方法，其特征在于：所述退火温度为1400-1500℃，退火时间为5-8h。
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