CN115287761A - 碳化硅晶体生长的热应力工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了碳化硅晶体生长的热应力工艺，包括以下步骤，利用高温化学气相沉积法形成基底，在形成缓冲磊晶层过程中，对基底施加热应力。本发明有效地减少碳化硅基底的晶体缺陷或磊晶生长后的晶体缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺及设备领域，尤其是碳化硅晶体生长的热应力工艺及其装置。
背景技术
碳化硅材料的基底晶体缺陷，主要是基平面位错(BPD，Basal PlaneDislocation)，BPD高达七千个每平方厘米。当BPD被氧化时，晶体缺陷会向氧化层深度扩散。因此，碳化硅和二氧化硅的界面就会产生凹凸。这样一来，就会降低移动度。又因为氧化导致碳原子析出，氧化膜或界面上存在碳元素簇。这种缺陷会影响栅极氧化膜和金属氧化物晶体管的可靠性。
因此，急需一种能够在形成栅氧化后二氧化硅和碳化硅界面平坦，且不会在碳化硅和栅氧化膜中产生缺陷的工艺。
在碳化硅基底上进行磊晶生长，以减少晶体缺陷，形成器件。但是，磊晶生长后也存在数千个每平方厘米左右的晶体缺陷。
如何减少碳化硅基底的晶体缺陷或磊晶生长后的晶体缺陷是一个课题。
发明内容
本发明的目的在于基于上述问题而提供一种碳化硅晶体生长的热应力工艺能够有效地减少碳化硅基底的晶体缺陷或磊晶生长后的晶体缺陷。
为了实现这一目的本发明提供了碳化硅晶体生长的热应力工艺，包括以下步骤，利用高温化学气相沉积法形成基底，在形成缓冲磊晶层过程中，对基底施加热应力。
其中，将基底从高温区域向低温区域移动，进行磊晶生长；接下来，将基底从低温区域转移到高温区域，进行退火。交替重复上述低温磊晶生长过程和高温退火过程。
优选地，交替重复过程中缓冲磊晶层掺杂浓度是变化的。缓冲磊晶层掺杂浓度有以下关系，偶数层的掺杂浓度较奇数层高。或者偶数层的掺杂浓度较奇数层低。
进一步地，缓冲磊晶层的成长温度1250至1650摄氏度。退火温度较之高100到300摄氏度。缓冲磊晶层的成长时间较退火时间长。每一周期缓冲磊晶层的成长时间小于10分钟，退火时间小于9分钟，整个热应力工艺包括1至10个周期。
本发明的另一目的在于基于上述问题而提供一种碳化硅晶体生长的热应力工艺装置能够有效地减少碳化硅基底的晶体缺陷或磊晶生长后的晶体缺陷。
为了实现这一目的本发明提供了碳化硅晶体生长的热应力工艺装置，包括一个反应腔体，腔体内设置有用于放置晶种的载置台，反应腔体内分别形成高温区域和低温区域，载置台可在高温区域和低温区域之间往返移动。
其中，高温区域温度为
和低温区域为
高温区域和低温区域由可移动式电感射频加热线圈感应反应腔体内部的筒状包覆有碳化钽或碳化硅的石墨层使其发热作为加热器形成。
本发明的有益效果是采用相对简单的工艺和装置，能够有效地减少碳化硅基底的晶体缺陷或磊晶生长后的晶体缺陷。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明热应力工艺温度时间对应图；
图2为本发明热应力工艺装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。
利用高温化学气相沉积法形成基底，在晶种上形成磊晶层，通过热应力工艺使得晶体缺陷较少的晶体生长成为可能。首先请参照图1，图1为本发明热应力工艺温度时间对应图。如图1所示，热应力工艺过程中，随着时间变化，周期性地发生磊晶生长和退火两个过程，其中磊晶生长过程温度较低，退火过程温度较高。
在一个热应力工艺实施例中，在退火过程中，结晶表面中心温度为1600℃，结晶表面顶部的温度为1600℃。在磊晶生长过程中，结晶表面中心温度为1320℃，结晶表面顶部的温度为1320℃。每个周期退火时间1分钟，缓冲磊晶生长时间2分钟，一共四个周期，其中一个周期为一个退火过程加一个缓冲磊晶生长过程。
再请参阅图2，图2为本发明热应力工艺装置的结构示意图。在图2中，热应力工艺装置包括反应腔2和设置在反应腔2中的载置台1。载置台1用于放置晶种5。反应腔2顶端设有排气通道3。反应腔2的外壳采用双层水冷石英管6以起到保持腔内温度的作用。反应腔2内壁还设有隔热筒7，以进一步保温。反应腔2内各处还设有热传感器8用于测量所需的各种温度参数。反应腔2采用环绕的可移动电感射频加热线圈4感应隔热筒7内部的筒状包覆有碳化钽或碳化硅的石墨层使其发热作为加热器。在反应腔2内形成顶部的低温区域9和中低部的高温区域10。
其中顶部低温区域9的温度为
用于磊晶生长。中低部的高温区域温度为
用于退火和气体分解。反应腔2还分别设有进气通道供氛围气体氩气以及反应气体硅烷、丙烷、氢气、氩气、氮气、三甲基铝TMA流入。根据实验，高温区域温度为1350～1800℃和低温区域为1150～1650℃。
缓冲磊晶层生长时，通过移动载置台1，对晶种5施加热应力。从高温区域10向低温区域9移动，进行磊晶生长。接下来，从低温区域9转移到高温区域10，进行退火。在磊晶生长和退火交替重复过程中缓冲磊晶层掺杂浓度是变化的。缓冲磊晶层掺杂浓度有以下关系，偶数层的掺杂浓度较奇数层高，或者相反。如图1中缓冲磊晶层1、3掺杂浓度小于缓冲磊晶层2。
进一步地，缓冲磊晶层的成长温度1250至1650摄氏度。退火温度较之高100到300摄氏度。缓冲磊晶层的成长时间较退火时间长。每一周期缓冲磊晶层的成长时间2到10分钟，退火时间1到5分钟，整个热应力工艺包括1至10个周期。根据实验每一周期缓冲磊晶层的成长时间应小于10分钟，退火时间应小于9分钟为佳。
在一个实施例中，反应腔2顶部加热温度为为1350℃，中间为1650℃，底部为1450℃。反应腔内压力为500托。总气体流量为210标准升每分钟。硅烷流量为5标准升每分钟，丙烷流量为5标准升每分钟，氢气流量为200标准升每分钟，氮气流量为300标准立方厘米每分钟。冷却水流量为15标准升每分钟。水温为20℃。
在一个六英寸的4H-SiC晶型的实施例中，不采用热应力工艺，磊晶成长速度为1.0毫米每小时。晶体缺陷密度为2022个每平方厘米。对应的，采用了热应力工艺之后，磊晶成长速度为1.0毫米每小时。结晶缺陷密度为370个每平方厘米。在这个实施例中，原先的晶种的晶体缺陷密度为8723个每平方厘米。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可以容易实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里展示和描述的图例。
Claims (12)
1.碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于包括以下步骤，利用高温化学气相沉积法形成基底，在形成缓冲磊晶层过程中，对基底施加热应力。
2.如权利要求1所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于将基底从高温区域向低温区域移动，进行磊晶生长；接下来，将基底从低温区域转移到高温区域，进行退火。
3.如权利要求2所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于交替重复上述低温磊晶生长过程和高温退火过程。
4.如权利要求3所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于所述的交替重复过程中缓冲磊晶层掺杂浓度是变化的。
5.如权利要求4所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于所述的缓冲磊晶层掺杂浓度有以下关系，偶数层的掺杂浓度较奇数层高。
6.如权利要求4所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于所述的缓冲磊晶层掺杂浓度有以下关系，偶数层的掺杂浓度较奇数层低。
7.如权利要求2所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于所述的缓冲磊晶层的成长温度1250至1650摄氏度。退火温度较之高100到300摄氏度。
8.如权利要求2所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于所述的缓冲磊晶层的成长时间较退火时间长。
9.如权利要求8所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺，其特征在于所述的每一周期缓冲磊晶层的成长时间小于10分钟，退火时间小于9分钟，整个热应力工艺包括1至10个周期。
10.碳化硅晶体生长的热应力工艺装置，包括一个反应腔体，腔体内设置有用于放置晶种的载置台，其特征在于反应腔体内分别形成高温区域和低温区域，载置台可在高温区域和低温区域之间往返移动。
11.如权利要求10所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺装置，其特征在于所述的高温区域温度为
和低温区域为
12.如权利要求10所述的碳化硅晶体生长的热应力工艺装置，其特征在于所述的高温区域和低温区域由可移动式电感射频加热线圈感应反应腔体内的筒状包覆有碳化钽或碳化硅的石墨形成。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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