CN117577515A - 一种碳化硅外延生长方法 - Google Patents
一种碳化硅外延生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117577515A CN117577515A CN202311294169.8A CN202311294169A CN117577515A CN 117577515 A CN117577515 A CN 117577515A CN 202311294169 A CN202311294169 A CN 202311294169A CN 117577515 A CN117577515 A CN 117577515A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon carbide
- reaction cavity
- stage
- gas
- growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000012010 growth Effects 0.000 title claims abstract description 90
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 84
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 55
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 81
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 21
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 12
- 230000009646 cyclic growth Effects 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 47
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N chlorosilicon Chemical compound Cl[Si] SLLGVCUQYRMELA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 244000000626 Daucus carota Species 0.000 description 1
- 235000002767 Daucus carota Nutrition 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02529—Silicon carbide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本申请公开一种碳化硅外延生长方法。该方法包括：将衬底放入反应腔；基于第一加热器将反应腔的温度升高至第一预设温度，同时基于喷淋部件向反应腔内通入HCl气体及氢气、维持反应腔的压力至第一预设压力并持续第一预设时间，以衬底表面进行原位刻蚀；基于喷淋部件向反应腔内通入工艺气体、掺杂气体及HCl气体，以在刻蚀后的碳化硅衬底的表面生长碳化硅缓冲层，在所述生长碳化硅缓冲层的阶段包括通入的工艺气体中高C/Si阶段及与低C/Si阶段；基于喷淋部件向反应腔内通入工艺气体、掺杂气体及HCl气体，在缓冲层的表面生长碳化硅漂移层。在缓冲层生长阶段采用高C/Si与低C/Si组合的方式并进行循环生长，多次改变位错穿透路径，减少位错穿透的概率。
Description
技术领域
本申请涉及外延技术领域，具体地涉及一种碳化硅外延生长方法。
背景技术
SiC材料作为第三代半导体非常重要的一员，凭借其高禁带宽度、高热导率、高电子迁移率、高抗辐射等优异的材料物理特性，在5G通讯、超高压远距离输电、新能源汽车快充、航空航天等领域展现出广阔的应用前景和巨大的市场发展潜力，和Si相比，SiC更适合制作耐高压、耐高温的大功率器件。
但是随着器件耐压能力的提高，外延层的厚度也会随之增加。例如：中压1200V-1700V，SiC外延层厚度只需10-15um。而对于高压10KV及以上，SiC外延层厚度则需要达到100um以上。
目前国内对SiC生长厚膜的工艺，主要是通过加大生长漂移层的生长时间，一次性成形。该方式下因持续的外延生长，导致生长的碳化硅的表面的缺陷及外延片的形变较大，浓度及厚度的均匀性不易控制，膜的厚度STD4％及浓度STD8％左右，产品的表面缺陷密度也在50cm-2以上，对产品性能来说，这远远不够。为进一步提高产品性能、提升良率，急需开发均匀性更好的新产品。
也有厂家尝试仅通过调整气流分配来调整外延片的均匀性，但是受现阶段的机台硬件水平及外延结构水平已基本达到极限，难以推广。
发明内容
为克服上述缺点，本申请的目的在于：一种碳化硅外延生长方法，该方法提供了一种高质量碳化硅同质外延生长方法。
为了达到以上目的，本申请采用如下技术方案：
一种碳化硅外延生长方法，该方法包括如下步骤：
将衬底放入反应腔；
基于第一加热器或第一加热器与第二加热器的组合将反应腔的温度升高至第一预设温度，同时基于喷淋部件向反应腔内通入HCl气体及氢气、维持反应腔的压力至第一预设压力并持续第一预设时间，以衬底表面进行原位刻蚀；
基于喷淋部件向反应腔内通入工艺气体、掺杂气体及HCl气体，以在刻蚀后的碳化硅衬底的表面生长碳化硅缓冲层，在所述生长碳化硅缓冲层的阶段包括通入的工艺气体中高C/Si(碳硅比)阶段及与低C/Si(碳硅比)阶段；
基于喷淋部件向反应腔内通入工艺气体、掺杂气体及HCl气体，在在缓冲层的表面生长碳化硅漂移层。采用这样的设计，在缓冲层生长过程中，在缓冲层生长中使用超低压及高温生长，是为通过高温使原子在台阶流生长过程中减少台阶积累，改善表面粗糙度，低压可以降低三角缺陷的产生。
在一实施方式中，在缓冲层的表面生长碳化硅漂移层的阶段包括：第一阶段、第二阶段及第三阶段，
所述第一阶段中维持反应腔的生长压力介于50-150mbar，转速为400-600rpm，通入C/Si比介于0.9-1.2的工艺气体，生长T1时间，
所述第二阶段中维持反应腔的生长压力介于50-150mbar，转速为400-600rpm，通入C/Si比介于0.9-1.2的工艺气体，生长T2时间，
所述第三阶段中维持反应腔的生长压力介于50-150mbar，转速为400-600rpm，通入C/Si比介于0.7-0.9的工艺气体，生长T3时间。该方式中，在第三阶段中采用低C/Si比，可降低C流量同时可略微提升掺杂浓度，为后续器件的肖特基接触或欧姆接触做良好的接触层。降低C流量降低了生长速率，使表面生长致密，防止位错穿透。
在一实施方式中，在所述第一阶段完成之后，所述第二阶段开始之前还包括：
降温退火阶段，即基于喷淋部件仅向反应腔内通入氢气，待反应腔的温度降至1400-1450℃，后再升温至1630-1680℃，进行间断生长，间断生长期间仅通入1000sccm的HCl气体和H2。
在一实施方式中，在所述第二阶段完成之后，所述第三阶段开始之前还包括：
基于喷淋部件仅向反应腔内通入氢气，待反应腔的温度降至1400-1450℃，后再升温至1630-1680℃，进行间断生长，进行间断生长，间断生长期间仅通入1000sccm的HCl气体和H2。
在一实施方式中，高C/Si阶段包括通入C/Si介于的1.0-1.2的工艺气体。
在一实施方式中，低C/Si阶段包括通入C/Si介于0.7-0.9的工艺气体。
在一实施方式中，在所述生长碳化硅缓冲层的阶段包括：
先通入C/Si介于0.7-0.9的工艺气体，生长第一预设时间，再间断第二预设时间，在间断期间内仅通HCl气体与H2，
然后再通入C/Si介于1.0-1.2的工艺气体，生长第三预设时间，再间断第四预设时间，间断期间通入HCl气体,H2与N2，以此为一个循环周期(如循环10个周期。该方法中，每进行一段生长就进行一次间断生长，并进行HCl清洗，可以有效减少表面缺陷，减少因划伤，掉点导致的三角问题，也可以缓解台阶累积，降低表面粗糙度，同时在间断生长中通入N2可以提高缓冲层的掺杂浓度。
在一实施方式中，生长碳化硅漂移层后还包括：
基于喷淋部件停止向反应腔内通入工艺气体、仅通入氢气，仅在氢气气氛中降温至拿取温度，后经机械手传出。
在一实施方式中，以衬底表面进行原位刻蚀之前还包括：
基于喷淋部件将向反应腔通入的气体由氩气切换为氢气，并逐渐加大氢气流量至目标值，所述目标值介于90-130slm。
在一实施方式中，第一预设压力介于50-150mbar，并持续5-10min，对衬底表面进行原位刻蚀。
有益效果
本申请的外延生长方法在生长缓冲层时通过采用高低C/Si组合的形式，因生长厚膜较薄膜更容易出现位错穿透等缺陷，使用不同C/Si比例，调整晶格大小，并进行循环生长，多次改变位错穿透路径，减少位错穿透的概率。另外高低C/Si的生长速率不同，可有效减缓位错穿透概率，改善外延片的表面缺陷，降低厚膜外延片的浓度及厚度均匀性。
附图说明
附图用来提供对本公开技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本申请内容。
图1为本申请实施例的碳化硅外延生长方法的流程示意图。
图2为本申请实施例的碳化硅缓冲层生长的流程示意图。
图3为本申请实施例的碳化硅漂移层生长的流程示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
接下来结合附图来描述本申请提出的碳化硅外延生长方法，该方法来生长同质的碳化硅外延。
本申请揭示一种外延设备包括成膜装置、传输腔及装载腔，该传输腔内设置有机械手，该机械手用于将装载腔内待外延生长的衬底连通托盘转移至成膜装置内，在成膜装置内进行外延生长，在生长完成后通过机械手将其拿取至装载腔，以此重复的进行外延生长。
该成膜装置，其包括本体，本体的顶部设置有喷淋部件，该喷淋部件通过管路连接至气源，通过喷淋部件向本体(也称反应腔)内通入工艺气体(三氯氢硅(SiHCl3)，乙烯(C2H4))。本体内设置有支撑部件，该支撑部件的顶部用于放置托盘，该支撑部件对着喷淋部件。较佳的，该支撑部件内设置有第一加热器，该第一加热器可为石墨加热器。较佳的，该本体呈筒状，本体内设置沿其轴向延伸的至少一个第二加热器，该第二加热器采用石墨加热器。支撑部件连接至本体底部侧的驱动部件，并基于本体的驱动带动支撑部件旋转，支撑部件旋转带动其上的托盘旋转。在不同阶段托盘的转速可不同。利用该成膜装置外延设备进行外延生长。
接下来结合图1-图3来描述本申请提出的描述碳化硅外延生长方法(下称方法)。该方法包括如下步骤：
S1.将(碳化硅)衬底放入反应腔。该步骤中包括，利用机械手将碳化硅衬底(连同托盘)放入反应腔内，并抽真空，基于驱动部件驱动使得托盘的转速至第一转速(如400-600rpm)。反应腔的腔室压力设定为150mbar-300mbar之间。
S2.基于第一加热器或第一加热器与第二加热器将反应腔的温度逐步升高至第一预设温度(如1650-1700℃)，降低腔体的反应压力，同时基于喷淋部件向反应腔内通入HCl气体及氢气，利用纯氢气及HCl气体对衬底表面进行原位刻蚀。该步骤中维持反应腔的压力(第一预设压力)介于50-150mbar，并持续5-10min(第一预设时间)，对衬底表面进行原位刻蚀。
S3.基于喷淋部件向反应腔内通入工艺气体、掺杂气体及HCl气体，以在刻蚀后的碳化硅衬底的表面生长碳化硅缓冲层。该步骤中基于喷淋部件向反应腔内通入含Si源的气体(如三氯氢硅(SiHCl3))，含C源的气体(如采用乙烯(C2H4))，掺杂气体(如N源采用高纯氮气(N2))，HCl气体，HCl气体的流量介于600-1200sccm，维持反应腔的压力介于50-150mbar，托盘转速介于400-600rmp，生长温度介于1630-1680℃。该阶段碳化硅缓冲层采用交替生长模式(交替生长模式即低C模式与富C模式，低C模式，C/Si小于1较佳的，C/Si(碳硅比)介于0.7-0.9，富C模式，C/Si大于1较佳的，C/Si(碳硅比)介于1.0-1.2))。本实施方式中在碳化硅缓冲层生长时，先通入C/Si介于0,7-0.9的工艺气体，生长第一预设时间(30s)，再间断第二预设时间(如10s)，在间断期间内仅通HCl气体与H2，然后再通入C/Si介于1.0-1.2的工艺气体，生长第三预设时间(如45s)，再间断第四预设时间(如10s)，间断期间通入HCl气体,H2与N2，以此为一个循环，如此往5-20个复循环，如此往10个循环生长1.5μm厚度的缓冲层(交替生长模式，即生长一层低C层(C/Si介于0.7-0.9)，生长30s，再间断10s，间断期间只通HCl气体与H2，再生长一层高C层(C/Si介于1.0-1.2)的高C层，生长45s，再间断10s，间断期间通HCl气体,H2与N2，以上为一个循环，共进行10次循环，共950s，生长厚度1.5μm，测试掺杂浓度2E15/cm3。)，测试掺杂浓度2E15/cm3。本实施方式中循环间采用间断生长10s的生长方法，在生长过程中进行气体切换，保证切换后的气体流量稳定后，再通入腔体进行生长，对现使用的MFC进行测试观察，在切换气体后，流量在1-2秒内可以达到设定流量，且在几秒内保证流量稳定，故设定10秒的切换时间，且间断生长也是为了短暂应力释放。
表1为在缓冲层生长阶段在其它条件不变的情况下不同循环的统计。
表1
从表1中可看出在不同的循环次数下，厚度均匀性与浓度均匀性基本相差不大，粗糙度也基本一致，但在表面缺陷上，循环10次的变缺陷要明显优于循环8次与循环12次的实验结果，最后选定循环10次为条件标准。
S4.基于喷淋部件向反应腔内通入工艺气体、掺杂气体及HCl气体，以在缓冲层的表面生长碳化硅漂移层。该步骤中，基于喷淋部件向反应腔内通入三氯氢硅(SiHCl3)，乙烯(C2H4)，高纯氮气(N2)。
较佳的，该漂移层生长包括3阶段也称三段生长，其中，在第一段与第二段中皆采用通过的C/Si比介于0.9-1.2，反应腔的生长压力介于50-150mbar，转速为400-600rpm。生长时间分别为T1/T2，在一实施方式中，T1为1500s，生长厚度20um，T2为2200s生长厚度为30μm。在第一段完成后，先进行降温退火200s，降温至1400-1450℃，退火时只通H2,然后再升温至1630-1680℃进行间断生长300s，只通入1000sccm的HCl气体和H2，不通其他源气，第三段采用通入C/Si介于0.7-0.9，生长压力介于50-150mbar，转速介于400-600rpm，生长时间T3(如2700s)，生长厚度约为30μm。较佳的，第三段与第二段间先进行降温退火200s，降温至1400-1450℃，退火时只通H2,后在升温至1630-1680℃进行间断生长300s，只通入1000sccm的HCl气体和H2，不通其他源气。三段的N掺杂浓度为8.04E15/cm3，总厚度92.06μm，浓度均匀性和厚度均匀性分别为2.53％和1.63％，完全可以满足高质量厚膜碳化硅功率器件的需求。该方法较佳的用于生长外延厚度大于15μm(如外延厚度大于100μm以上，其制作的器件耐压能量达1200V及以上)场合。
较佳的，在生长漂移层的过程中，进行长时间的退火生长，在其他条件不变的情况下，只变更退火温度，表2为将退火温度选在1300-1350℃，1350-1400℃，1400-1450℃，1450-1500℃，观察以下数据结果：
表2
从表2中可看出，随着退火温度的下降，厚度均匀性随着退火条件的加深会变小，但浓度均匀性会变大，退火温度越高，缺陷密度越多，且在1400-1450℃阶段的变化最明显，粗糙度基本不变，在考虑到退火温度耗时及在1400-1450℃后的变化不明显的情况下，选在1400-1450℃阶段为退火温度，在考虑升温降温阶段的加热丝功率变化速率，升降温的温度变化速率，及两个漂移层间的流量变化，需要温度及流量达到稳定后，才可进行下一阶段的生长，故将退火时间设定为200s。
S5.基于喷淋部件停止向反应腔内通入工艺气体、仅通入氢气。该步骤中，待反应结束后，仅在氢气气氛中降温至拿取温度(如800℃，850℃，900℃)，后经机械手传出。该方法可获得高质量的碳化硅同质外延片。该方法中，在缓冲层生长阶段采用高C/Si与低C/Si组合的方式。因生长厚膜较薄膜更容易出现位错穿透等缺陷，采用高C/Si与低C/Si可调整晶格大小，并进行循环生长，多次改变位错穿透路径，减少位错穿透的概率，同时高C/Si与低C/Si(也称高低C/Si)的生长速率也不同，也可以有效减缓位错穿透概率。本实施方式中，在缓冲层生长时采取单次生长时间短，并循环生长的模式，可以减少N原子替位C原子掺杂而引起的外延层应力变大的现象，因单层生长时间较短，且层与层之间有间断生长，可以有效的释放应力，减少应力积累(应力积累也是表面缺陷及粗糙的主要原因之一，应力过大可能也会引起外延片碎裂问题，此现象在厚膜生长中较为明显)。在缓冲层生长过程中，每进行一段生长就进行一次间断生长，并进行HCl清洗，可以有效减少表面缺陷，减少因划伤，掉点导致的三角问题，也可以缓解台阶累积，降低表面粗糙度，同时在间断生长中通入N2可以提高缓冲层的掺杂浓度，因高C/Si层的N原子不容易掺杂。在缓冲层生长中使用超低压及高温生长，是为通过高温使原子在台阶流生长过程中减少台阶积累，改善表面粗糙度，低压可以降低三角缺陷的产生。
本实施方式中，在生长漂移层的过程中在三段式生长，并在段间使用HCl气体进行刻蚀，同样是减少表面粗糙度及处理划伤掉点问题，而且进行降温退火过程，为降低生长厚膜时应力积累，使用退火工艺，逐层释放应力，减少位错的产生。并在第三段生长漂移层时，采用低C/Si比，该过程为了降低C流量，改善(略微提升)掺杂浓度，为后续器件的肖特基接触或欧姆接触做良好的接触层，同时降低生长速率，使表面生长致密，防止位错穿透。通过本申请方法生长的外延片的外延层的浓度均匀性与厚度均匀性降低至2.53％与1.63％。片内Killer density(MP、Carrot、Downfall以及Triangle总和的密度)小于0.5个/cm2，有效提高产品良率；外延层表面光滑，表面粗糙度仅为0.09nm。
在一实施方式中，在步骤S2之前还包括基于喷淋部件将向反应腔通入的气体由氩气切换为氢气，并逐渐加大氢气流量至目标值，然后保持氢气流量恒定。较佳的，氢气流量目标值介于90-130slm(standard litre per minute)。
上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡如本申请精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将衬底放入反应腔；
在衬底表面进行原位刻蚀，基于第一加热器或第一加热器与第二加热器的组合将反应腔的温度升高至第一预设温度，同时基于喷淋部件向反应腔内通入HCl气体及氢气、维持反应腔的压力至第一预设压力并持续第一预设时间，以衬底表面进行原位刻蚀；
基于喷淋部件向反应腔内通入高C/Si及与低C/Si的工艺气体、掺杂气体及HCl气体，以在刻蚀后的碳化硅衬底的表面生长具有不同碳浓度的碳化硅缓冲层；
基于喷淋部件向反应腔内通入工艺气体、掺杂气体及HCl气体，在缓冲层的表面生长碳化硅漂移层。
2.如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
所述在缓冲层的表面生长碳化硅漂移层的阶段包括：第一阶段、第二阶段及第三阶段，
所述第一阶段中维持反应腔的生长压力介于50-150mbar，转速为400-600rpm，通入C/Si比介于0.9-1.2的工艺气体，生长T1时间，
所述第二阶段中维持反应腔的生长压力介于50-150mbar，转速为400-600rpm，通入C/Si比介于0.9-1.2的工艺气体，生长T2时间，
所述第三阶段中维持反应腔的生长压力介于50-150mbar，转速为400-600rpm，通入C/Si比介于0.7-0.9的工艺气体，生长T3时间。
3.如权利要求2所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
在所述第一阶段完成之后，所述第二阶段开始之前还包括：
降温退火阶段，即基于喷淋部件仅向反应腔内通入氢气，待反应腔的温度降至1400-1450℃，后再升温至1630-1680℃，进行间断生长，间断生长期间仅通入1000sccm的HCl气体和H2。
4.如权利要求3所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
在所述第二阶段完成之后，所述第三阶段开始之前还包括：
基于喷淋部件仅向反应腔内通入氢气，待反应腔的温度降至1400-1450℃，后再升温至1630-1680℃，进行间断生长，进行间断生长，间断生长期间仅通入1000sccm的HCl气体和H2。
5.如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
所述高C/Si阶段包括通入C/Si介于的1.0-1.2的工艺气体。
6.如权利要求5所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
所述低C/Si阶段包括通入C/Si介于0.7-0.9的工艺气体。
7.如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
在所述生长碳化硅缓冲层的阶段包括：
先通入C/Si介于0.7-0.9的工艺气体，生长第一预设时间，再间断第二预设时间，在间断期间内仅通HCl气体与H2，
然后再通入C/Si介于1.0-1.2的工艺气体，生长第三预设时间，再间断第四预设时间，间断期间通入HCl气体,H2与N2，以此为一个循环周期。
8.如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
所述生长碳化硅漂移层后还包括：
基于喷淋部件停止向反应腔内通入工艺气体、仅通入氢气，仅在氢气气氛中降温至拿取温度，后经机械手传出。
9.如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
所述以衬底表面进行原位刻蚀之前还包括：
基于喷淋部件将向反应腔通入的气体由氩气切换为氢气，并逐渐加大氢气流量至目标值，所述目标值介于90-130slm。
10.如权利要求1所述的一种碳化硅外延生长方法，其特征在于，
所述第一预设压力介于50-150mbar，并持续5-10min，对衬底表面进行原位刻蚀。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311294169.8A CN117577515A (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种碳化硅外延生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311294169.8A CN117577515A (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种碳化硅外延生长方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117577515A true CN117577515A (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=89863147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311294169.8A Pending CN117577515A (zh) | 2023-10-08 | 2023-10-08 | 一种碳化硅外延生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117577515A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117904719A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-19 | 浙江求是半导体设备有限公司 | N型SiC外延片及其制备方法 |
-
2023
- 2023-10-08 CN CN202311294169.8A patent/CN117577515A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117904719A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-19 | 浙江求是半导体设备有限公司 | N型SiC外延片及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4850960B2 (ja) | エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法 | |
| KR101522480B1 (ko) | 실리콘 단결정 제조 방법, 실리콘 단결정, 및 웨이퍼 | |
| CN115029782B (zh) | 一种碳化硅外延生长方法 | |
| CN117577515A (zh) | 一种碳化硅外延生长方法 | |
| CN111681947B (zh) | 一种降低外延片堆垛层错缺陷的外延方法及其应用 | |
| WO2023016158A1 (zh) | 非平衡条件下化学势调控生长单体的SiC台阶流快速生长方法 | |
| JP2010013341A (ja) | エピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法 | |
| CN114628243A (zh) | 快速恢复外延二极管用双层硅外延片的制备方法 | |
| CN115832018A (zh) | 一种控制TSD缺陷的4H-SiC外延结构及生长方法 | |
| CN115787092A (zh) | 一种降低碳化硅同质外延缺陷的生长方法、碳化硅外延片和应用 | |
| JP5786759B2 (ja) | エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法 | |
| CN116613056B (zh) | 一种降低碳化硅外延薄膜表面缺陷的方法 | |
| JP3312553B2 (ja) | シリコン単結晶およびシリコン単結晶薄膜の製造方法 | |
| JP2022020995A (ja) | 炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法 | |
| CN116259534A (zh) | 碳化硅外延方法 | |
| JP2014027028A (ja) | ＳｉＣエピタキシャル基板製造装置、ＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法、ＳｉＣエピタキシャル基板 | |
| CN114032616B (zh) | 非平衡条件下化学势调控生长单体的SiC台阶流低速生长方法 | |
| JP2010205866A (ja) | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法およびシリコンエピタキシャルウェーハ | |
| CN115074825A (zh) | 碳化硅外延结构、脉冲式生长方法及其应用 | |
| JP2017188507A (ja) | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| CN116525418B (zh) | 基于111晶向的硅外延片制备方法、硅外延片及半导体器件 | |
| CN111029245B (zh) | 一种SiC外延速率切换的方法 | |
| CN117737842A (zh) | 一种低层错和基平面位错密度碳化硅外延薄膜的制备方法 | |
| TW202325921A (zh) | 磊晶生長方法及磊晶矽片 | |
| CN117604641A (zh) | 一种碳化硅外延生长方法及外延生长设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |