CN117672815A - 一种SiC外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种SiC外延片及其制备方法，本申请的SiC外延片的制备方法包括以下步骤：提供衬底，将衬底置于反应腔中，衬底具有第一表面，在第一表面上形成第一缓冲层，第一缓冲层包括6H‑SiC；形成第二缓冲层，第二缓冲层位于第一缓冲层背离衬底一侧，第二缓冲层包括4H‑SiC；形成外延层，外延层位于第二缓冲层背离第一缓冲层一侧。本申请在通过在衬底与第二缓冲层之间生长第一缓冲层，扰乱衬底位错的传递，通过该方法得到平滑且缺陷低的SiC外延片。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种SiC外延片及其制备方法。
背景技术
外延生长工艺获得的SiC单晶薄膜的缺陷大多数会造成电子器件的漏电、耐压降低、反向击穿，甚至失效。这些缺陷中，螺位错及基晶面位错等缺陷主要来源于衬底材料，生长过程中，除了外延生长工艺自身带来的缺陷外，大部分衬底的缺陷会延伸到外延层，且有些缺陷会越来越大，所以需要工艺改进有效的减少外延片中的缺陷。
发明内容
本申请的目的在于提供一种SiC外延片及其制备方法，可以解决上述技术问题。
本申请实施例提供一种SiC外延片的制备方法，包括以下步骤：
提供衬底，将所述衬底置于反应腔中，所述衬底具有第一表面，在所述第一表面上形成第一缓冲层；所述第一缓冲层包括6H-SiC；
形成第二缓冲层，所述第二缓冲层位于所述第一缓冲层背离所述衬底一侧；所述第二缓冲层包括4H-SiC；
形成外延层，所述外延层位于所述第二缓冲层背离所述第一缓冲层一侧。
在一些实施例中，形成所述第一缓冲层之前，对所述第一表面进行刻蚀处理。
在一些实施例中，所述刻蚀处理包括：采用氢气对所述第一表面进行刻蚀，所述刻蚀处理采用第一温度T1℃，满足：1500≤T1≤1700；所述刻蚀处理的氢气流量为L1 slm，满足：80≤L1≤120；所述刻蚀处理的时间为10min～20min。
在一些实施例中，形成所述第一缓冲层包括：将所述衬底置于反应腔内，向所述反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长所述第一缓冲层；所述第一气体包括含氯的硅源气体；所述第二气体包括含碳源气体；以碳原子和硅原子摩尔数计，所述第二气体中的碳原子与所述第一气体中的硅原子之比为0.5～0.8。
在一些实施例中，所述第一缓冲层的生长温度为第二温度T2℃，满足：1700≤T2≤1900。
在一些实施例中，所述第一温度T1以第一升温速率V1升温至第二温度T2，所述第一升温速率V1为40℃/min～50℃/min；进行第一次保温，所述第一次保温的时间为2min～3min。
在一些实施例中，形成所述第一缓冲层之后，在第三温度T3℃，在氢气氛围下执行退火步骤，满足：150≤T2-T3≤250。
在一些实施例中，所述第三温度T3℃满足：1500≤T3≤1700。
在一些实施例中，所述第二温度T2以第一降温速率降温至第三温度T3，所述第一降温速率V2为50℃/min～70℃/min。
在一些实施例中，形成所述第二缓冲层包括：向所述反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长所述第二缓冲层；所述第一气体包括含氯的硅源气体；所述第二气体包括含碳源气体；以碳原子和硅原子摩尔数计，所述第二气体中的碳原子与所述第一气体中的硅原子之比为0.5～0.8。
在一些实施例中，形成所述外延层包括：向所述反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长所述外延层；所述第一气体包括含氯的硅源气体；所述第二气体包括含碳源气体；所述掺杂气体包括氮气；以碳原子和硅原子摩尔数计，所述第二气体中的碳原子与所述第一气体中的硅原子之比为0.6～1.2。
相应的，本申请实施例提供了一种外延片，所述外延片包括：
衬底，所述衬底具有第一表面；
第一缓冲层，所述第一缓冲层位于所述第一表面之上，所述第一缓冲层包括6H-SiC；
第二缓冲层，所述第二缓冲层位于所述第一缓冲层背离所述衬底一侧，所述第二缓冲层包括4H-SiC；
外延层，所述外延层位于所述第二缓冲层背离所述第一缓冲层一侧。
在一些实施例中，沿着所述衬底的厚度方向，所述第一缓冲层具有第一厚度，所述第一厚度为0.5μm～5μm。
在一些实施例中，沿着所述衬底的厚度方向，所述第二缓冲层具有第二厚度，所述第二厚度为1μm～2μm。
在一些实施例中，沿着所述衬底的厚度方向，所述外延层具有第三厚度，所述第三厚度为5μm～50μm。
在一些实施例中，所述第二缓冲层的N掺杂元素的原子浓度范围为5×1017cm-3～1×1019cm-3。
在一些实施例中，所述外延层的N掺杂元素的原子浓度范围为5×1016cm-3～1×1018cm-3。
本申请的有益效果在于：本申请提供了一种SiC外延片及其制备方法。本申请的SiC外延片的制备方法包括以下步骤：提供衬底，将衬底置于反应腔中，衬底具有第一表面，在第一表面上形成第一缓冲层，第一缓冲层包括6H-SiC；形成第二缓冲层，第二缓冲层位于第一缓冲层背离衬底一侧，第二缓冲层包括4H-SiC；形成外延层，外延层位于第二缓冲层背离第一缓冲层一侧。本申请在通过在衬底与第二缓冲层之间生长第一缓冲层，扰乱衬底位错的传递，通过该方法得到平滑且缺陷低的SiC外延片。本申请的SiC外延片通过设置第一缓冲层和第二缓冲层，降低了外延片的缺陷，且最终制备的外延片表面平滑且缺陷低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请部分实施例中SiC外延片的结构示意图；
图2为本申请部分实施例中衬底的结构示意图；
图3为本申请实施例1制备的SiC外延片的缺陷图；
图4为本申请实施例2制备的SiC外延片的缺陷图；
图5为本申请对比例1制备的SiC外延片的缺陷图；
图6为本申请实施例1制备的SiC外延片的粗糙度测试图；
图7为本申请实施例2制备的SiC外延片的粗糙度测试图；
图8为本申请对比例1制备的SiC外延片的粗糙度测试图；
附图标记：100-衬底，101-第一表面，201-第一缓冲层，202-第二缓冲层，300-外延层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用，并没有强加数字要求或建立顺序。本申请的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
本申请实施例提供一种SiC外延片的制备方法，包括以下步骤：
提供衬底100，将衬底100置于反应腔中，衬底100具有第一表面101，在第一表面101上形成第一缓冲层201，第一缓冲层201包括6H-SiC；形成第二缓冲层202，第二缓冲层202位于第一缓冲层201背离衬底100一侧，第二缓冲层202包括4H-SiC；形成外延层300，外延层300位于第二缓冲层202背离第一缓冲层201一侧。本申请在通过在衬底与第二缓冲层之间生长第一缓冲层，扰乱衬底位错的传递，同时，第二缓冲层202可以进一步覆盖衬底的缺陷，且通过该方法得到平滑且缺陷低的SiC外延片。
在一些实施例中，本申请的衬底100为4H-SiC衬底。在一些实施中，外延层300为4H-SiC外延层。本申请的外延层采用4H-SiC，4H-SiC外延层在热导率、临界击穿场强、工作温度、饱和电子漂移速度等方面具有非常优异的材料特性，提高器件的性能。
在一些实施例中，4H-SiC外延工艺采用化学气相沉积法(Chemical vapordeposition，CVD)，其设备采用的是热壁水平卧式CVD系统。
在一些实施例中，反应腔中，以80℃/min～100℃/min升温至第一温度T1℃。
在一些实施例中，形成第一缓冲层201之前，对第一表面101进行刻蚀处理。
在一些实施例中，刻蚀处理包括：采用氢气对第一表面101进行刻蚀，刻蚀处理采用第一温度T1℃，满足：1500≤T1≤1700，如第一温度(℃)的取值为1500、1600、1700中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，刻蚀处理的时间10min～20min，如刻蚀处理的时间(min)的取值为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，刻蚀处理的氢气流量为L1 slm，满足：80≤L1≤120，如氢气的流量(slm)为80、90、100、110、120中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，刻蚀处理过程中，反应腔具有第一压强P1mbar，第一压强P1的取值为200mbar～500mbar，如第一压强P1(mbar)的取值为200、250、300、350、400、450、500中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成第一缓冲层201包括：将衬底100置于反应腔内，向反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长第一缓冲层201；第一气体包括含氯的硅源气体；第二气体包括含碳源气体；掺杂气体包括氮气；以碳原子和硅原子摩尔数计，第二气体中的碳原子与第一气体中的硅原子之比为0.5～0.8，如碳原子与硅原子的比值为0.5、0.6、0.7、0.8中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，第一缓冲层201生长过程中，反应腔具有第二压强P2mbar，第二压强P2为200mbar～500mbar，如第二压强P2(mbar)的取值为200、250、300、350、400、450、500中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，本申请通过控制刻蚀和第一缓冲层201生长过程中的压力，使其维持低压，在生长第一缓冲层201过程中，衬底100扩散出的杂质和第一缓冲层201生长过程中的反应副产物可迅速通过边界层被带出反应区，提高第一缓冲层201的生长质量，进一步提高第一缓冲层201对衬底100缺陷的阻挡作用。
在一些实施例中，第一缓冲层201的生长温度为第二温度T2℃，满足：1700≤T2≤1900，如第二温度T2(℃)的取值为1700、1750、1800、1850、1900中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成第一缓冲层201步骤中，氢气具有第一流量，第一流量为800slm～1200slm，如第一流量(slm)的取值为800、900、1000、1100、1200中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成第一缓冲层201步骤中，第一气体具有第二流量，第二流量为60sccm～250sccm，如第二流量(sccm)的取值为60、100、150、200、250中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成第一缓冲层201步骤中，第二气体具有第三流量，第三流量为40sccm～100sccm，如第三流量(sccm)的取值为40、50、60、70、80、90、100中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，第一温度T1升至第二温度T2采用梯度升温，具体地，采用第一升温速率V1进行升温，第一升温速率V1为40℃/min～50℃/min，升温至第二温度T2，进行第一次保温，第一次保温的时间为2min～3min。如第一升温速率(℃/min)的取值为40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50中的任意值或者任意两值组成的范围。第一次保温的时间(min)取值为2、2.5、3中的任意值或者任意两值组成的范围。本申请采用梯度升温，降低缓冲层生长的局部应力变化，提高缓冲层的生长质量。
在一些实施例中，形成第一缓冲层201步骤中，同时通入氮气，通入氮气的流量为100slm～200slm，如氮气的流量的取值为100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成第一缓冲层之后，在第三温度T3℃范围内，在氢气氛围下执行退火步骤，满足：150≤T2-T3≤250，如T2-T3的取值为150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，第三温度T3℃满足：1500≤T3≤1700，如第三温度T3(℃)的取值为1500、1550、1600、1650、1700中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，第一缓冲层201生长完毕后，第二温度T2℃进行梯度降温至第三温度T3℃，具体地，以第一降温速率V2降低至第三温度T3，在一些实施例中，第一降温速率V2为50℃/min～70℃/min，如第一降温速率V2(℃/min)的取值为50、55、60、65、70中的任意值或者任意两值组成的范围。
本申请在第一缓冲层201之后，在生长第二缓冲层202之前，进行梯度降温，可以降低残余应力，减少形变量与裂纹倾向，提升结晶度，消除晶格损伤，提升外延片质量。
本申请通过在第二缓冲层202与外延层300中之间设置第一缓冲层201，第一缓冲层201作为位错阻隔层，阻隔底部位错的延续。本申请通过梯度降温，提升结晶度，直至第二缓冲层202的生长温度，随后进行外延层300的生长，通过该方法得到平滑且缺陷低的SiC外延片。
在一些实施例中，形成第二缓冲层202包括：向反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长第二缓冲层202；第一气体包括含氯的硅源气体；第二气体包括含碳源气体；以碳原子和硅原子摩尔数计，第二气体中的碳原子与第一气体的硅原子之比为0.5～0.8。
在一些实施例中，形成第二缓冲层202步骤中，氢气具有第四流量，第四流量为800slm～1200slm，如第四流量(slm)的取值为800、900、1000、1100、1200中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成第二缓冲层202步骤中，第一气体具有第五流量，第五流量为40sccm～150sccm，如第五流量(sccm)的取值为40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成第二缓冲层202步骤中，第二气体具有第六流量，第六流量为10sccm～100sccm，如第六流量(sccm)的取值为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成第二缓冲层202步骤中，同时通入掺杂气体，通入掺杂气体的流量为50slm～200slm，如氮气的流量的取值为50、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，第二缓冲层202生长过程中，反应腔具有第三压强P3mbar，第三压强P3为200mbar～500mbar，如第三压强P3的取值为200、250、300、350、400、450、500中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，第一压强、第二压强和第三压强相同，可以提升生长的缓冲层和外延层的质量。
本申请通过在4H-SiC衬底上生长4H-SiC同质外延，采用分阶段横向纵向生长的工艺，在横向生长的阶段采用高温低压高掺杂的生长模式，第一缓冲层201的生长的阶段可增大台阶流生长的横向矢量，可将衬底的位错缺陷转化为横向的Frank堆垛层错。在进行4H-SiC外延层生长之前生长一层高质量低位错密度的第二缓冲层202，用来减弱甚至隔绝衬底100位错缺陷的影响，可有效降低外延层300的位错缺陷及其衍生缺陷，提高生长的4H-SiC外延层的质量。
本申请在刻蚀和缓冲层生长过程中，反应腔维持低压高热环境，低压高热环境提高了反应腔内气体扩散系数和平均自由程，极大提高了制备的缓冲层的均匀性、电阻率均匀性和沟槽覆盖填充能力。另外低压环境下气体物质传输速率较快，衬底扩散出的杂质和反应副产物可迅速通过边界层被带出反应区，反应气体则可迅速通过边界层到达衬底表面进行反应，因此在有效抑制自掺杂同时还可提高生产效率。
在一些实施例中，形成外延层300包括：向反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长外延层300；第一气体包括含氯的硅源气体；第二气体包括含碳源气体；掺杂气体包括氮气；以碳原子和硅原子摩尔数计，第二气体中的碳原子和第一气体中的硅原子为0.6～1.2，如碳原子与硅原子比值为0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成外延层300步骤中，氢气的流量为800slm～1200slm，如氢气的流量取值为800、900、1000、1100、1200中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成外延层300步骤中，第一气体的流量为80sccm～200sccm，如第一气体的流量(sccm)取值为80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，形成外延层300步骤中，第二气体的流量为200sccm～500sccm，如第二气体的流量的取值为200、300、400、500中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，在生长第一缓冲层201、第二缓冲层202或外延层300的步骤中，采用的第一气体包括含氯的硅源气体，含氯的硅源气体包括二氯硅烷(SiH2Cl2,)和三氯硅烷(SiHCl3)中的至少一种。
在一些实施例中，在生长第一缓冲层201、第二缓冲层202或外延层300的步骤中，第二气体包括碳源气体，碳源气体包括碳源气体包括甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)中的至少一种。
在一些实施例中，在生长第一缓冲层201、第二缓冲层202或外延层300的步骤中，掺杂气体包括氮气。
相应的，本申请实施例提供了一种外延片，外延片由上述的SiC外延片的制备方法所制备。
在一些实施例中，沿着衬底100的厚度方向X，第一缓冲层201具有第一厚度，第一厚度为0.5μm～5μm，如第一缓冲层201的第一厚度(μm)的取值为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，沿着衬底100的厚度方向X，第二缓冲层202具有第二厚度，第二厚度为1μm～2μm，如第二缓冲层202的第二厚度(μm)的取值为1.0、1.5、2.0中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，沿着衬底100的厚度方向X，外延层300具有第三厚度，第三厚度为5μm～50μm，如外延层300的第三厚度(μm)的取值为5、10、15、20、25、30、35、40、45、50中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，第一缓冲层201的N掺杂元素的原子浓度范围为5×1017cm-3～1×1019cm-3，如第一缓冲层201中N掺杂元素的原子浓度的取值为5×1017、1×1018、5×1018、1×1019中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，第二缓冲层202的N掺杂元素的原子浓度范围为5×1017atomscm-3～1×1019atoms cm-3，如第二缓冲层202中N掺杂元素的原子浓度的取值为5×1017、1×1018、5×1018、1×1019中的任意值或者任意两值组成的范围。
本申请通过在缓冲层中掺杂氮元素，保证缓冲层的电阻可以抗压，且在该范围内，保证缓冲层的电阻不过大。
在一些实施例中，外延层300的N掺杂元素的原子浓度范围为5×1016atoms cm-3～1×1018atoms cm-3，如外延层300中N掺杂元素的原子浓度的取值为5×1016、1×1017、5×1017、1×1018中的任意值或者任意两值组成的范围。
在一些实施例中，衬底100满足TTV(total thickness variation，μm)≤15、LTV(Local Thickness Variation，μm)≤5、Bow(弯曲度，μm)的范围为-40～40、Wrap(翘曲度，μm)＜50。本申请的衬底100在该范围内，可以提升缓冲层和外延层的质量，避免衬底100影响生长的外延层的平整度。
本申请在4H-SiC衬底上生长4H-SiC同质外延，采用分阶段横向纵向生长的工艺，在横向生长的阶段采用高温低压高掺杂的生长模式，使4H-SiC缓冲层Ⅰ生长的阶段可增大台阶流生长的横向矢量，可将衬底的位错缺陷转化为横向的Frank堆垛层错。
实施例1：
一种SiC外延生长方法，具体步骤如下：
衬底100：衬底100的晶体类型为4H-SiC，厚度350±20μm，表面取向4°±0.5offtoward<11-20>，电阻率0.015～0.025Ω·cm，微管密度≤1/cm2。
对衬底100进行氢气刻蚀：向反应腔中通入1000slm氢气，将反应腔的温度由900℃以100℃/min升至第一温度T1 1600℃，达到第一温度T1之后开始用氢气刻蚀，此过程维持15min，完成刻蚀，刻蚀过程中维持反应腔中的第一压强P1为400mbar。
第一缓冲层201：在完成氢气刻蚀之后，反应腔温度由第一温度T1，以50℃/min梯度升温至第二温度T2 1800℃，随后保温，2min，第二压强P2为400mbar，并通入向反应室内通入载气H2、含氯的硅源气体、碳源气体和掺杂气体N2，通入气体的C/Si比为0.5～0.8，生长时间为10min～20min，完成0.5μm6H-SiC的第一缓冲层201的生长。
退火阶段:在完成第一缓冲层201生长之后，将反应腔内的温度由第二温度1800℃降低至1600℃，梯度降温采用的第一降温速率V2为60℃/min。
第二缓冲层202：在完成第一缓冲层201生长之后，在反应腔内通入载气H2、含氯的硅源气体、碳源气体和掺杂气体N2，反应腔压力为400mbar，完成1μm4H-SiC的第二缓冲层202的生长。
外延层300：在完成第二缓冲层202生长之后，在反应腔内通入载气H2、含氯的硅源气体、碳源气体和掺杂气体，反应腔压力为400mbar，实现厚度10μm外延层300的生长。
实施例2：
制备方法同实施例1，不同之处在于，第一升温速率V1为70℃/min，不进行保温步骤，以80℃/min进行梯度降温。
对比例1：制备方法同实施例1，不同之处在于，对衬底100刻蚀处理后，在温度为1600℃条件下进行厚度为1.5μm厚度4H-SiC的缓冲层的生长。
直接在衬底上生长厚度为1.5μm的4H-SiC第二缓冲层202，不生长第一缓冲层201。如图4所示，该工艺获得的4H-SiC外延片缺陷密度＜1cm-2。
性能测试：采用KLA-8520对制备得到的外延片进行缺陷密度测试。
表1本申请实施例中外延片的制备参数和性能测试结果
从表1、图3、图6的结果可以看出：实施例1制备4H-SiC外延片缺陷密度＜0.7cm-2，能够有效的减少衬底缺陷对于外延层的影响，降低外延片整体的缺陷密度，并且生长第一缓冲层201和第二缓冲层202过程中，在氢气氛围下退火，降低残余应力，提升结晶度，消除晶格损伤，提高了外延片的生长质量，制备的外延片的粗糙度较小，得到了高质量的外延片。
实施例1和对比例1相比，对比例1不进行第一缓冲层201的生长，生长的外延层300有其他晶型产生，混扰台阶流生长，厚度、浓度的均一性都非常差，然后此时外延生长产生的缺陷较多，如图5所示，外延片的缺陷密度＞1cm-2。
实施例1和实施例2相比，实施例2中梯度升温，不进行保温步骤，且梯度升温和梯度降温过快，缓冲层之间的残余应力较高，如图4所示，生长的外延片的缺陷密度＜1cm-2。但是从图7可以看出，外延片的粗糙度变差。
本申请通过在4H-SiC衬底上生长4H-SiC同质外延，采用分阶段横向纵向生长的工艺，在横向生长的阶段采用高温低压高掺杂的生长模式，生长的6H-SiC缓冲层在生长的阶段可增大台阶流生长的横向矢量，可将衬底100的位错缺陷转化为横向的Frank堆垛层错。本申请进一步在进行4H-SiC外延层生长之前生长一层高质量低位错密度的4H-SiC第二缓冲层202，用来减弱甚至隔绝衬底位错缺陷的影响，可有效降低外延层的位错缺陷及其衍生缺陷，提高后续生长的4H-SiC外延层的质量。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种SiC外延片及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (15)
1.一种SiC外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底(100)，将所述衬底(100)置于反应腔中，所述衬底(100)具有第一表面(101)，在所述第一表面(101)上形成第一缓冲层(201)，所述第一缓冲层(201)包括6H-SiC；
形成第二缓冲层(202)，所述第二缓冲层(202)位于所述第一缓冲层(201)背离所述衬底(100)一侧，所述第二缓冲层(202)包括4H-SiC；
形成外延层(300)，所述外延层(300)位于所述第二缓冲层(202)背离所述第一缓冲层(201)一侧。
2.根据权利要求1所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，形成所述第一缓冲层(201)之前，对所述第一表面(101)进行刻蚀处理。
3.根据权利要求2所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，所述刻蚀处理包括：采用氢气对所述第一表面(101)进行刻蚀，所述刻蚀处理采用第一温度T1℃，满足：1500≤T1≤1700；所述刻蚀处理的氢气流量为L1 slm，满足：80≤L1≤120；所述刻蚀处理的时间为10min～20min。
4.根据权利要求3所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，形成所述第一缓冲层(201)包括：将所述衬底(100)置于反应腔内，向所述反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长所述第一缓冲层(201)；所述第一气体包括含氯的硅源气体；所述第二气体包括含碳源气体；以碳原子和硅原子摩尔数计，所述第二气体中的碳原子与所述第一气体中的硅原子之比为0.5～0.8。
5.根据权利要求4所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，所述第一缓冲层(201)的生长温度为第二温度T2℃，满足：1700≤T2≤1900。
6.根据权利要求5所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，所述第一温度T1以第一升温速率V1升温至第二温度T2，所述第一升温速率V1为40℃/min～50℃/min；进行第一次保温，所述第一次保温的时间为2min～3min。
7.根据权利要求5所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，形成所述第一缓冲层(201)之后，在第三温度T3℃，在氢气氛围下执行退火步骤，满足：150≤T2-T3≤250。
8.根据权利要求7所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，所述第三温度T3℃满足：1500≤T3≤1700。
9.根据权利要求8所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，所述第二温度T2以第一降温速率降温至第三温度T3，所述第一降温速率V2为50℃/min～70℃/min。
10.根据权利要求1所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，形成所述第二缓冲层(202)包括：向所述反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长所述第二缓冲层(202)；所述第一气体包括含氯的硅源气体；所述第二气体包括含碳源气体；以碳原子和硅原子摩尔数计，所述第二气体中的碳原子与所述第一气体中的硅原子之比为0.5～0.8。
11.根据权利要求1所述的SiC外延片的制备方法，其特征在于，形成所述外延层(300)包括：向所述反应腔内通入氢气、第一气体、第二气体和掺杂气体，生长所述外延层(300)；所述第一气体包括含氯的硅源气体；所述第二气体包括含碳源气体；所述掺杂气体包括氮气；以碳原子和硅原子摩尔数计，所述第二气体中的碳原子与所述第一气体中的硅原子之比为0.6～1.2。
12.一种SiC外延片，其特征在于，所述外延片包括：
衬底(100)，所述衬底(100)具有第一表面(101)；
第一缓冲层(201)，所述第一缓冲层(201)位于所述第一表面(101)之上，所述第一缓冲层(201)包括6H-SiC；
第二缓冲层(202)，所述第二缓冲层(202)位于所述第一缓冲层(201)背离所述衬底(100)一侧，所述第二缓冲层(202)包括4H-SiC；
外延层(300)，所述外延层(300)位于所述第二缓冲层(202)背离所述第一缓冲层(201)一侧。
由权利要求1～11中任一项所述的SiC外延片的制备方法所制备。
13.根据权利要求12所述的SiC外延片，其特征在于，沿着所述外延片的厚度方向(X)，所述第一缓冲层(201)具有第一厚度，所述第一厚度的范围为0.5μm～5μm；所述第二缓冲层(202)的具有第二厚度，所述第二厚度的范围为1μm～2μm；所述外延层(300)具有第三厚度，所述第三厚度的范围为5μm～50μm。
14.根据权利要求12所述的SiC外延片，其特征在于，所述第二缓冲层(202)的N掺杂元素的原子浓度范围为5×1017cm-3～1×1019cm-3。
15.根据权利要求12所述的SiC外延片，其特征在于，所述外延层(300)的N掺杂元素的原子浓度范围为5×1016cm-3～1×1018cm-3。
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