CN112466745A - 一种碳化硅外延生长的控制方法及碳化硅外延片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳化硅外延生长的控制方法及碳化硅外延片，所述控制方法包括：将碳化硅衬底放入充满氢气的反应室，进行刻蚀；对反应室加热通入生长源，进行第一外延生长；停止通入氢气，将反应室内的剩余气体排出反应室，只向反应室通入惰性气体以置换剩余气体，同时降低反应室的压力为第一压力，在惰性气体通入过程中对外延生长控制参数进行调整；参数调整完毕后将反应室内的惰性气体置换为氢气，并升高反应室的压力至第二压力进行第二外延生长；降低温度并恢复到初始压力，获得碳化硅外延片。采用上述方法可以获得不同掺杂类型、不同掺杂浓度的连续P型外延层或N型外延层，同时可以减少了外延片表面凹坑的产生，提高外延片的质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料制备技术领域，尤其是一种碳化硅外延生长的控制方法及碳化硅外延片。
背景技术
碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料的典型代表，具有优异的物理、化学和电学性能。其临界击穿场强是硅的十倍，热传导率为硅的三倍，并具有高于硅两倍的电子饱和迁移速率，使其成为高温、高频、抗辐照、大功率应用场合下极为理想的半导体材料。同时，SiC也是目前晶体生长技术和器件制造水平最成熟、应用最广泛的宽禁带半导体材料之一。2001年德国Infineon公司率先将SiC肖特基二极管投入市场，取代现有的600伏级别的硅(Si)基PiN二极管。近年来，SiC功率器件商品化的步伐逐步加大。2011年美国Cree公司成功地将SiC的MOSFET器件投入市场。业内预计，在未来3-5年内，必将有更多的企业向市场推出更多种类型的SiC功率器件。这也意味着全球对SiC材料的需求将迎来一个并喷。
碳化硅外延层包括P型和N型，P型与N型SiC的区别主要在于其导电类型的不同：P型SiC的导电类型为空穴导电，三甲基铝(TMA)则常被用作P型SiC外延生长的掺杂剂；N型SiC的导电类型为电子导电，氮气(N2)则常被用作P型SiC外延生长的掺杂剂。由于P型碳化硅外延层是制作MOSFET器件最为不可或缺的结构层，因此得到外延生长出掺杂浓度符合设计要求，不同掺杂层界面清晰的P型外延层就显得尤为重要。同时，由于P型SiC掺杂记忆效应的存在，即在进行高掺P型SiC外延生长后，将导致CVD炉内背景浓度偏高，无法直接继续进行低掺P型SiC外延生长。目前已知的降低P型SiC掺杂记忆效应的方法中，均为进行高掺P型外延生长后，以继续生长N型SiC的方式达到降低P型SiC掺杂记忆效应的效果，无法实现高掺P型外延生长后继续进行低掺P型外延生长。
专利申请CN111005068A公开了一种生长高表面质量超厚IGBT结构碳化硅外延材料的方法。该方法首先生长高掺P型外延层，而后进行化学机械抛光(CMP)处理表面，再进行原位刻蚀进一步处理损伤层，然后生长超厚N型外延层。具体包括以下步骤：步骤一，将SiC衬底放置于碳化硅化学气相沉积设备的反应室；步骤二，反应室逐渐达到设定压力和氢气流量，在氢气流中反应室快速升温至生长温度，设置生长条件，通入相应生长源生长IGBT结构的高掺P型厚层；步骤三，在大流量、高压力氢气气氛下冷却碳化硅衬底，待反应室冷却后，取出碳化硅外延片，对外延片进行化学机械抛光处理，减少甚至消除表面台阶聚束；步骤四，将化学机械抛光处理后的外延片放入反应室，反应室逐渐达到设定压力和气体流量，在氢气流中反应室快速升温至刻蚀温度进行原位刻蚀处理，进一步去除化学机械抛光处理引入的亚损伤层；步骤五，设置生长条件，通入相应生长源生长IGBT结构的低掺N型超厚层；步骤六，生长IGBT结构的低掺N型超厚层过程中可以在预定厚度中断生长，重复步骤三至步骤五，继续生长低掺N型超厚层，直到得到目标产物。该方法不能获得高掺P型外延层与低掺P型外延层结合的外延薄膜。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的碳化硅外延生长不能保持一定的晶体型态，提供一种碳化硅外延生长的控制方法，适用于具有不同掺杂浓度的P型SiC外延层的连续高速生长工艺。
本发明通过使用惰性气体作为切换过程中的过渡气体，可以实现良好掺杂界面的生长，并打破传统P型外延层之上只能生长N型碳化硅的限制，获得碳化硅外延片包括相邻的第一外延层和第二外延层，并且所述第一外延层和所述第二外延层皆为P型碳化硅或N型碳化硅。
具体方案如下：
一种碳化硅外延生长的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将碳化硅衬底放入充满氢气的反应室，反应室具有初始压力，对反应室进行升温，达到初始温度；
步骤2：向反应室通入氢气，对碳化硅衬底进行刻蚀；
步骤3：对反应室加热，继续通入氢气，并通入硅源、碳源和掺杂源，进行第一外延生长；
步骤4：停止通入氢气，将反应室内的剩余气体排出反应室，只向反应室通入惰性气体以置换剩余气体，同时降低反应室的压力为第一压力，在惰性气体通入过程中对外延生长控制参数进行调整；
步骤5：参数调整完毕后将反应室内的惰性气体置换为氢气，并升高反应室的压力至第二压力，在第二压力和步骤4设置的外延生长控制参数下进行第二外延生长；
步骤6：关闭碳源、硅源和掺杂源，降低反应室的温度，将反应室的压力恢复到初始压力，获得碳化硅外延片。
进一步的，步骤4中所述外延生长控制参数为硅源的通量、碳源的通量、硅源和碳源的比例、掺杂源的通量或反应室的温度中至少一种；
任选的，所述硅源为氯基硅源，所述碳源为非氯基碳源，所述碳源和所述硅源的碳硅摩尔比为0.5-5；
任选的，所述掺杂源为三甲基铝或氮气。
进一步的，步骤1中初始压力为800mbar-1200mbar，初始温度为500-900℃；
任选的，步骤2中氢气的流量为60-150slm，反应室的温度为1550-1700℃，压力为50-1000mbar，刻蚀时间为1-30min。
进一步的，步骤3中反应室温度为1550-1700℃，氢气1流量为60-150slm，反应室压力为80-1000mbar；
任选的，步骤3中碳源的流量为10-500sccm，硅源的流量为50-500sccm；
任选的，步骤3中所述掺杂源的流量为50-1000sccm。
进一步的，步骤3中当采用液态生长源时，以氢气携带液态生长源进入反应室，氢气的流量为100-1500sccm；
任选的，步骤3中还通入氯化氢气体，使生长源中的氯硅摩尔比达到3-6。
进一步的，步骤4中第一压力为5-50mbar，惰性气体的流量为10-100slm。
进一步的，步骤5中第二压力为80-1000mbar；
任选的，步骤5中反应室温度为1550-1700℃，氢气1流量为60-150slm；
任选的，步骤5中碳源的流量为10-500sccm，硅源的流量为50-500sccm；
任选的，步骤5中所述掺杂源的流量0.2-100sccm。
进一步的，在步骤3之后，重复步骤4和步骤5，以实现多层不同掺杂浓度的外延生长；
进一步的，步骤6中关闭碳源、硅源和掺杂源，并在0.5-2min内将氢气替换为惰性气体通入反应室，降低反应室的温度，将反应室的压力恢复到初始压力，获得碳化硅外延片。
本发明还保护运用所述方法，制备得到的碳化硅外延片，所述碳化硅外延片包括相邻的第一外延层和第二外延层，并且所述第一外延层和所述第二外延层皆为P型碳化硅或N型碳化硅。
有益效果：通过本发明所述碳化硅外延生长的控制方法，利用不同的外延生长参数控制，结合二者切换过程中的惰性气体切换，可以获得不同掺杂类型、不同掺杂浓度的连续P型外延层或N型外延层。
本发明在结束碳化硅外延生长时，采用惰性气体替换氢气，可以很好地避免了在切换过程中的过渡刻蚀问题，减少了外延片表面凹坑的产生，提高外延片的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1是本发明提供的实施例1制备的样品中Al浓度SIMS检测结果图；
图2是本发明提供的对比例1制备的样品中Al浓度SIMS检测结果图。
具体实施方式
下面给出本发明中使用的部分术语的定义，其他未述及的术语具有本领域所公知的定义和含义：
惰性气体，是指元素周期表零族元素气体中的至少一种，例如氩气。
本发明中外延生长控制参数为硅源的通量、碳源的通量、硅源和碳源的比例、掺杂源的通量或反应室的温度中至少一种，通过参数调整可以实现碳化硅掺杂类型、掺杂比例、晶体形态、外延层叠结构等的改变，以下通过碳化硅高掺杂浓度和低掺杂浓度控制方法为例进行说明，但并不构成对所要保护的控制方法的限制。
掺杂源，是指参与到碳化硅外延生长中的掺杂原料，例如，可以用三甲基铝作为P型掺杂源，高掺所指的是Al掺杂浓度大于等于5E17cm-3，低掺所指的是Al掺杂浓度小于等与5E17cm-3。也可以以氮气作为N型掺杂源，N型SiC外延生长无需引入Al，N型高掺浓度是指浓度大于1E17cm-3，低掺即浓度小于等于1E17cm-3。
为了实现两种浓度的掺杂，需要对高掺工艺与低掺工艺进行分别设置，关键点在于，低掺工艺相比高掺工艺具有更低的碳硅比，更低或相等的硅氯比。而外延生长速度由硅源和碳源的通入量共通决定，其中高掺外延生长一般为6-60μm/h，低掺外延生长速度为6-100μm/h。例如，步骤3中第一外延生长时采用反应室温度为1550-1700℃，氢气1流量为60-150slm，反应室压力为80-1000mbar，碳源的流量为10-500sccm，硅源的流量为50-500sccm，碳源和硅源的碳硅摩尔比为0.5-5，掺杂源的流量为50-1000sccm。优选地，还可以通入氯化氢气体，以提高反应室气体组分中的氯硅比，使生长源中的氯硅摩尔比达到3-6。步骤5中第二外延生长时采用反应室温度为1550-1700℃，氢气1流量为60-150slm，反应室压力为80-1000mbar，碳源的流量为10-500sccm，硅源的流量为50-500sccm，碳源和硅源的碳硅摩尔比为0.5-5，掺杂源的流量为0-500sccm。需要说明的是，也可以先完成低掺工艺，在进行高掺工艺，相应地进行步骤3中和步骤5中的参数互换即可。步骤3与步骤5的工艺最主要的差别在于碳硅比和掺杂源流量的不同，通过碳硅比和掺杂源流量的调整来实现不同掺杂情况的控制。
本发明中碳源优选为非氯基碳源气体，例如有甲烷、乙烷、乙烯等；硅源优选为氯基硅源，例如三氯硅烷、二氯硅烷等。硅源气体选用氯基硅源可减少外延晶片表面缺陷的形成。
本发明计算碳硅比时，采用摩尔比进行量度，碳原子来源包括碳源气体中的碳原子还包括掺杂源，例如三甲基铝中的碳原子；计算硅氯比时，氯原子的来源包括氯基硅源中的氯原子和氯化氢气体中的氯原子。
优选地，本发明在步骤4中完成高掺工艺与低掺工艺的所有参数切换，并保持各气体流量计的流量稳定后才会切换至步骤5。同时，步骤4与步骤3、步骤5在反应室中的氢气流量都保持不变，且在步骤4中反应室仅通入氢气，其余气体均通入尾气管道。本发明的关键点包括步骤4的切换方式，即在不同工艺条件切换过程中，不将源气通入反应室内，并使用惰性气体以置换剩余气体，从而可连续在同一炉内进行不同掺杂浓度的P型外延层生长。在同一炉内连续生长可避免多次多炉生长导致晶片污染和缺陷增加，同时还可有效节省外延生长的时间成本和材料成本。
步骤5中的碳源和硅源气体种类可以与步骤3中相同也可以不同。
优选地，在步骤3之后，重复步骤4和步骤5，可重复多次生长相同或不同掺杂浓度及生长厚度的低掺或高掺外延层。
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未明确说明，“％”均指重量百分比。
实施例1
一种高掺和低掺相结合的P型碳化硅外延生长的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将碳化硅衬底放置到充满氩气的传递室中，利用机械臂传递至氢气气氛的碳化硅CVD反应室中，反应室的初始压强为1000mbar，初始温度为800℃。
步骤2：保持向反应室通入氢气1，氢气1流量为100slm，设定反应室的温度为1630℃，压力为150mbar，待反应室的温度及压强逐步达到设定值并稳定后，维持10min，以对衬底进行预刻蚀处理。
步骤3：开始高掺P型外延生长，其生长条件如下：
a、反应室温度为1630℃，氢气1流量为100slm，反应室压力为150mbar；同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
b、使用非氯基碳源和氯基硅源作为生长源气，碳源气体流量为100sccm，碳硅摩尔比为1.2。若硅源为液体，则将硅源存放于鼓泡器1中，向鼓泡器1中通入氢气2，由氢气2携带硅源通入反应室。
c、使用三甲基铝作为P型掺杂源，液态三甲基铝存放于鼓泡器2内，向鼓泡器内通入360sccm氢气3，由氢气3携带三甲基铝进入反应室，在氢气3和三甲基铝的混合气体通入反应室前，可再次使用一路稀释氢气4与该混合气体混合，降低混合气体中三甲基铝的浓度。三甲基铝的通入量由通入鼓泡器的氢气3流量、稀释氢气4流量和稀释后混合气体通入反应室的流量共同决定。
d、外延生长时间由设计的外延厚度确定。
步骤4：完成高掺外延生长后，只向反应室中通入氩气，原本通入反应室的全部气体均通向尾气管道中，同时减低反应室的压强，降低幅度为20mbar，氩气流量为50slm；在执行此步骤的同时，降低通入鼓泡器2内得到氢气流量，流量降低为50sccm，并在此步骤开始时进行低掺P型生长的碳源、硅源、和高纯氯化氢气体流量等参数的调整，具体分别为反应室压力恢复为150mbar、碳源气体流量为75sccm，碳硅摩尔比为1及向鼓泡器内通入80sccm氢气3。此步骤时间为5min。
步骤5：完成各路气体流量调整并稳定后，在1min内将氩气替换为氢气1通入反应室，并将反应室压强恢复至步骤3中所设定的压强值。
在完成将氩气替换为氢气1并稳定10s后；将碳源、硅源、掺杂源等混合气体通入反应室，进行低掺P型外延层的外延生长。生长时间为10min。同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
步骤6：完成外延生长后，关断碳源、硅源、掺杂源等工艺气体，逐步减低温度至800℃，压力逐步恢复至1000mbar后，将外延片由CVD反应室取出至充满氩气的传递室。外延片在传递室中冷却至常温，传递室的气压恢复为大气压后，将碳化硅外延片取出。
实施例2
一种高掺和低掺相结合的P型碳化硅外延生长的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将碳化硅衬底放置到充满氩气的传递室中，利用机械臂传递至氢气气氛的碳化硅CVD反应室中，反应室的初始压强为1000mbar，初始温度为800℃。
步骤2：保持向反应室通入氢气1，氢气1流量为100slm，设定反应室的温度为1600℃，压力为500mbar，待反应室的温度及压强逐步达到设定值并稳定后，维持10min，以对衬底进行预刻蚀处理。
步骤3：开始高掺P型外延生长，其生长条件如下：
a、反应室温度为1600℃，氢气1流量为100slm，反应室压力为500mbar；同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
b、使用非氯基碳源和氯基硅源作为生长源气，碳源气体流量为200sccm，碳硅摩尔比为1.2。若硅源为液体，则将硅源存放于鼓泡器1中，向鼓泡器1中通入氢气2，由氢气2携带硅源通入反应室。
c、使用三甲基铝作为P型掺杂源，液态三甲基铝存放于鼓泡器2内，向鼓泡器内通入1000sccm氢气3，由氢气3携带三甲基铝进入反应室，在氢气3和三甲基铝的混合气体通入反应室前，可再次使用一路稀释氢气4与该混合气体混合，降低混合气体中三甲基铝的浓度。三甲基铝的通入量由通入鼓泡器的氢气3流量、稀释氢气4流量和稀释后混合气体通入反应室的流量共同决定。
d、除使用氯基硅源外，还同时向反应室内通入一定量的高纯氯化氢气体，以提高反应室气体组分中的氯硅比，使氯硅比达到5，并在外延生长过程中保持恒定。
e、外延生长时间由设计的外延厚度确定。
步骤4：完成高掺外延生长后，只向反应室中通入氩气，原本通入反应室的全部气体均通向尾气管道中，同时减低反应室的压强，降低幅度为20mbar，氩气流量为50slm；在执行此步骤的同时，降低通入鼓泡器2内得到氢气流量，流量降低为50sccm，并在此步骤开始时进行低掺P型生长的碳源、硅源、和高纯氯化氢气体流量等参数的调整。此步骤时间为5min。
步骤5：完成各路气体流量调整并稳定后，在1min内将氩气替换为氢气1通入反应室，并将反应室压强恢复至步骤3中所设定的压强值。
在完成将氩气替换为氢气1并稳定10s后；将碳源、硅源、掺杂源等混合气体通入反应室，进行低掺P型外延层的外延生长。生长时间为10min。同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
步骤6：完成外延生长后，关断碳源、硅源、掺杂源等工艺气体，逐步减低温度至800℃，压力逐步恢复至1000mbar后，将外延片由CVD反应室取出至充满氩气的传递室。外延片在传递室中冷却至常温，传递室的气压恢复为大气压后，将碳化硅外延片取出。
实施例3
一种高掺和低掺相结合的P型碳化硅外延生长的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将碳化硅衬底放置到充满氩气的传递室中，利用机械臂传递至氢气气氛的碳化硅CVD反应室中，反应室的初始压强为1000mbar，初始温度为800℃。
步骤2：保持向反应室通入氢气1，氢气1流量为100slm，设定反应室的温度为1550℃，压力为500mbar，待反应室的温度及压强逐步达到设定值并稳定后，维持10min，以对衬底进行预刻蚀处理。
步骤3：开始高掺P型外延生长，其生长条件如下：
a、反应室温度为1550℃，氢气1流量为100slm，反应室压力为500mbar；同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
b、使用非氯基碳源和氯基硅源作为生长源气，碳源气体流量为200sccm，碳硅摩尔比为1.2。若硅源为液体，则将硅源存放于鼓泡器1中，向鼓泡器1中通入氢气2，由氢气2携带硅源通入反应室。
c、使用三甲基铝作为P型掺杂源，液态三甲基铝存放于鼓泡器2内，向鼓泡器内通入1000sccm氢气3，由氢气3携带三甲基铝进入反应室，在氢气3和三甲基铝的混合气体通入反应室前，可再次使用一路稀释氢气4与该混合气体混合，降低混合气体中三甲基铝的浓度。三甲基铝的通入量由通入鼓泡器的氢气3流量、稀释氢气4流量和稀释后混合气体通入反应室的流量共同决定。
d、除使用氯基硅源外，还同时向反应室内通入一定量的高纯氯化氢气体，以提高反应室气体组分中的氯硅比，使氯硅比达到5，并在外延生长过程中保持恒定。
e、外延生长时间由设计的外延厚度确定。
步骤4：完成高掺外延生长后，只向反应室中通入氩气，原本通入反应室的全部气体均通向尾气管道中，同时减低反应室的压强，降低幅度为20mbar，氩气流量为50slm；在执行此步骤的同时，降低通入鼓泡器2内得到氢气流量，流量降低为50sccm，并在此步骤开始时进行低掺P型生长的碳源、硅源、和高纯氯化氢气体流量等参数的调整。此步骤时间为5min。
步骤5：完成各路气体流量调整并稳定后，在1min内将氩气替换为氢气1通入反应室，并将反应室压强恢复至步骤3中所设定的压强值。
在完成将氩气替换为氢气1并稳定10s后；将碳源、硅源、掺杂源等混合气体通入反应室，进行低掺P型外延层的外延生长。生长时间为10min。同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
步骤6：完成外延生长后，关断碳源、硅源、掺杂源等工艺气体，并在1min内将氢气1替换氩气为通入反应室，逐步减低温度至800℃，压力逐步恢复至1000mbar后，将外延片由CVD反应室取出至充满氩气的传递室。外延片在传递室中冷却至常温，传递室的气压恢复为大气压后，将碳化硅外延片取出。
实施例4
一种高掺和低掺相结合的N型碳化硅外延生长的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：将碳化硅衬底放置到充满氩气的传递室中，利用机械臂传递至氢气气氛的碳化硅CVD反应室中，反应室的初始压强为800mbar，初始温度为900℃。
步骤2：保持向反应室通入氢气1，氢气1流量为100slm，设定反应室的温度为1700℃，压力为800mbar，待反应室的温度及压强逐步达到设定值并稳定后，维持1-30min，以对衬底进行预刻蚀处理。
步骤3：开始高掺P型外延生长，其生长条件如下：
a、反应室温度为1700℃，氢气1流量为100slm，反应室压力为800mbar；同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
b、使用非氯基碳源和氯基硅源作为生长源气，碳源气体流量为10-500sccm，硅源气体流量为50-500sccm。碳硅摩尔比为0.5。若硅源为液体，则将硅源存放于鼓泡器1中，向鼓泡器1中通入氢气2，由氢气2携带硅源通入反应室。
c、使用氮气为N型掺杂源，流量为100sccm。
d、除使用氯基硅源外，还同时向反应室内通入一定量的高纯氯化氢气体，以提高反应室气体组分中的氯硅比，使氯硅比达到3-6，并在外延生长过程中保持恒定。
e、外延生长时间由设计的外延厚度确定。
步骤4：完成高掺外延生长后，只向反应室中通入氩气，原本通入反应室的全部气体均通向尾气管道中，同时减低反应室的压强，降低幅度为5-50mbar，氩气流量为10-100slm；并在此步骤开始时进行低掺N型生长的碳源、硅源、和高纯氯化氢气体流量等参数的调整。此步骤时间为10S-10min。
步骤5：完成各路气体流量调整并稳定后，在1min内将氩气替换为氢气1通入反应室，并将反应室压强恢复至步骤3中所设定的压强值。
在完成将氩气替换为氢气1并稳定5-30s后；将碳源、硅源、掺杂源等混合气体通入反应室，进行低掺N型外延层的外延生长。生长时间为30s-60min。同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
步骤6：完成外延生长后，关断碳源、硅源、掺杂源等工艺气体，并在1min内将氢气1替换氩气为通入反应室，逐步减低温度至900℃，压力逐步恢复至800mbar后，将外延片由CVD反应室取出至充满氩气的传递室。外延片在传递室中冷却至常温，传递室的气压恢复为大气压后，将碳化硅外延片取出。
对比例1
本对比例在实施例1的基础上，去掉参数切换过程的氩气保护，即采用以下步骤：
步骤1：将碳化硅衬底放置到充满氩气的传递室中，利用机械臂传递至氢气气氛的碳化硅CVD反应室中，反应室的初始压强为1000mbar，初始温度为800℃。
步骤2：保持向反应室通入氢气1，氢气1流量为100slm，设定反应室的温度为1630℃，压力为150mbar，待反应室的温度及压强逐步达到设定值并稳定后，维持10min，以对衬底进行预刻蚀处理。
步骤3：开始高掺P型外延生长，其生长条件如下：
a、反应室温度为1630℃，氢气1流量为100slm，反应室压力为150mbar；同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
b、使用非氯基碳源和氯基硅源作为生长源气，碳源气体流量为100sccm，碳硅摩尔比为1.2。若硅源为液体，则将硅源存放于鼓泡器1中，向鼓泡器1中通入氢气2，由氢气2携带硅源通入反应室。
c、使用三甲基铝作为P型掺杂源，液态三甲基铝存放于鼓泡器2内，向鼓泡器内通入360sccm氢气3，由氢气3携带三甲基铝进入反应室，在氢气3和三甲基铝的混合气体通入反应室前，可再次使用一路稀释氢气4与该混合气体混合，降低混合气体中三甲基铝的浓度。三甲基铝的通入量由通入鼓泡器的氢气3流量、稀释氢气4流量和稀释后混合气体通入反应室的流量共同决定。
d、外延生长时间由设计的外延厚度确定。
步骤4：完成高掺外延生长后，直接改变部分工艺条件为碳源气体流量为75sccm，碳硅摩尔比为1及向鼓泡器内通入80sccm氢气3，其余条件与步骤3中条件一致。进行低掺P型外延层的外延生长。生长时间为10min。同时在此外延生长过程中保持反应室温度、氢气1流量和反应室压力恒定。
步骤5：完成外延生长后，关断碳源、硅源、掺杂源等工艺气体，逐步减低温度至800℃，压力逐步恢复至1000mbar后，将外延片由CVD反应室取出至充满氩气的传递室。外延片在传递室中冷却至常温，传递室的气压恢复为大气压后，将碳化硅外延片取出。
将实施例1与对比例1制备的碳化硅外延片进行检测，结果见图1和图2，从图中可以发现，通过步骤4的调节可明显改善高掺外延层与低掺外延层的界面，并得到一个层内掺杂浓度均匀的低掺外延层。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将碳化硅衬底放入充满氢气的反应室，反应室具有初始压力，对反应室进行升温，达到初始温度；
步骤2：向反应室通入氢气，对碳化硅衬底进行刻蚀；
步骤3：对反应室加热，继续通入氢气，并通入硅源、碳源和掺杂源，进行第一外延生长；
步骤4：停止通入氢气，将反应室内的剩余气体排出反应室，只向反应室通入惰性气体以置换剩余气体，同时降低反应室的压力为第一压力，在惰性气体通入过程中对外延生长控制参数进行调整；
步骤5：参数调整完毕后将反应室内的惰性气体置换为氢气，并升高反应室的压力至第二压力，在第二压力和步骤4设置的外延生长控制参数下进行第二外延生长；
步骤6：关闭碳源、硅源和掺杂源，降低反应室的温度，将反应室的压力恢复到初始压力，获得碳化硅外延片。
2.根据权利要求1所述碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：步骤4中所述外延生长控制参数为硅源的通量、碳源的通量、硅源和碳源的比例、掺杂源的通量或反应室的温度中至少一种；
任选的，所述硅源为氯基硅源，所述碳源为非氯基碳源，所述碳源和所述硅源的碳硅摩尔比为0.5-5；
任选的，所述掺杂源为三甲基铝或氮气。
3.根据权利要求1所述碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：步骤1中初始压力为800mbar-1200mbar，初始温度为500-900℃；
任选的，步骤2中氢气的流量为60-150slm，反应室的温度为1550-1700℃，压力为50-1000mbar，刻蚀时间为1-30min。
4.根据权利要求1所述碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：步骤3中反应室温度为1550-1700℃，氢气1流量为60-150slm，反应室压力为80-1000mbar；
任选的，步骤3中碳源的流量为10-500sccm，硅源的流量为50-500sccm；
任选的，步骤3中所述掺杂源的流量为50-1000sccm。
5.根据权利要求1所述碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：步骤3中当采用液态生长源时，以氢气携带液态生长源进入反应室，氢气的流量为100-1500sccm；
任选的，步骤3中还通入氯化氢气体，使生长源中的氯硅摩尔比达到3-6。
6.根据权利要求1所述碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：步骤4中第一压力为5-50mbar，惰性气体的流量为10-100slm。
7.根据权利要求1所述碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：步骤5中第二压力为80-1000mbar；
任选的，步骤5中反应室温度为1550-1700℃，氢气1流量为60-150slm；
任选的，步骤5中碳源的流量为10-500sccm，硅源的流量为50-500sccm；
任选的，步骤5中所述掺杂源的流量0.2-100sccm。
8.根据权利要求1所述碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：在步骤3之后，重复步骤4和步骤5，以实现多层不同掺杂浓度的外延生长。
9.根据权利要求1所述碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：步骤6中关闭碳源、硅源和掺杂源，并在0.5-2min内将氢气替换为惰性气体通入反应室，降低反应室的温度，将反应室的压力恢复到初始压力，获得碳化硅外延片。
10.运用权利要求1-9中任一项所述方法，制备得到的碳化硅外延片，其特征在于，所述碳化硅外延片包括相邻的第一外延层和第二外延层，并且所述第一外延层和所述第二外延层皆为P型碳化硅或N型碳化硅。
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