一种基区缓变掺杂碳化硅薄膜外延制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基区缓变掺杂碳化硅薄膜外延制备方法，该方法包括：(1)将碳化硅衬底放置到碳化硅CVD设备的反应室中，将反应室抽成真空；(2)向反应室通入H2直至反应室气压到达100mbar，保持反应室气压恒定，将H2流量逐渐增至60L/min，继续向反应室通气；(3)打开高频线圈感应加热器RF，逐渐增大该加热器的功率，当反应室温度升高逐渐至1400℃进行原位刻蚀；(4)当反应室温度到达到1580℃-1600℃时，保持温度和压强恒定，设置Al源流量，向反应室通入C3H8和SiH4，通过渐变调节通入反应室中Al源的流量生长P型缓变掺杂碳化硅薄膜外延层。本发明专利技术的方法利用碳化硅的CVD设备，制备出纵向掺杂浓度梯度可控的碳化硅外延层，满足了制备梯度低掺杂外延层的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种半导体器件制造
，具体设及一种基区缓变渗杂碳化娃薄 膜外延制备方法。
技术介绍
碳化娃具有宽带隙、高导热率、高击穿强度、高电子饱和漂移速度、高的硬度等优 点，也有着很强的化学稳定性。运些优良的物理和电学性能使碳化娃在应用上具有很多优 势。禁带宽使得碳化娃本征载流子在高溫下仍能保持较低的浓度，因而能工作在很高的溫 度下。高击穿场强使碳化娃可W承受高电场强度，运使得碳化娃可W用于制作高压，高功率 的半导体器件。高热导率使碳化娃具有良好的散热性，有助于提高器件的功率密度和集成 度、减少附属冷却设施，从而使系统的体积和重量大大地降低、效率则大大地提高，运对于 开发空间领域的电子器件极具优势。碳化娃的饱和电子迁移速度很高，运一特性也使它可 W用于射频或者微波器件，从而提高器件工作速度。 碳化娃材料的载流子浓度是材料和器件的基本电学参数。运一参数通过材料渗杂 控制来实现。因此，碳化娃外延材料的渗杂是器件制备中的关键工艺之一。然而，由于碳化 娃的键强度高，器件制作工艺中的渗杂不能采用扩散工艺，只能利用外延控制渗杂和高溫 离子注入渗杂。高溫离子注入会造成大量晶格损伤，形成大量晶格缺陷，即使退火也很难完 全消除，严重影响了器件的性能，且离子注入效率很低，因而不适合做大面积渗杂。同时，在 制备一些多层结构的半导体器件时，需要外延层纵向渗杂浓度的梯度可控。只有通过合理 调整生长参数，生长出渗杂达到预定要求的外延层，才能制作出性能符合要求的器件，因而 碳化娃外延层的梯度渗杂控制是目前器件制造中的一个很大的难点。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种P型缓变渗杂渗杂碳化 娃外延层的制备方法，利用碳化娃的CVD设备，制备出纵向渗杂浓度梯度可控的碳化娃外 延层，满足了制备梯度低渗杂外延层的要求。 本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的： 本专利技术提供一种基区缓变渗杂碳化娃薄膜外延制备方法，其改进之处在于，所述 制备方法包括下述步骤： 步骤一，将碳化娃衬底放置到碳化娃化学气相沉积设备（CVD设备，是一种外延薄 膜的设备）的反应室中，将反应室抽成真空； 步骤二，在氨气流中加热反应室； 步骤Ξ，对碳化娃衬底进行原位刻蚀； 步骤四，设置生长条件，开始生长碳化娃外延层，包括下述步骤： (4. 1)当反应室溫度达到1580°C-1600°c时，保持反应室溫度和压强恒定； (4. 2)将液态Ξ甲基侣放置于鼓泡器中用作渗杂源，将10ml/min-15ml/min氨气 通入鼓泡器中，使氨气携带Ξ甲基侣通入反应室中； 阳〇1引 （4.扣打开CsHs、51成和；甲基侣开关，流量为7血/min的C化、流量为21血/min 的SiH4和流量为8. 9血/min的Ξ甲基侣，生长P型缓变渗杂碳化娃薄膜外延层6min，在此 其间，Ξ甲基侣流量由8. 9血/min逐渐减小到4mL/min; 步骤五，在氨气流中冷却碳化娃衬底； 步骤六，在氣气中冷却碳化娃衬底。 进一步地，所述步骤一包括下述步骤： (1. 1)选取偏向晶向4°或8° (偏向晶向4°或8°指的是在0001 方向上往11-20方向偏离4°或8° )的4H碳化娃衬底，放置到碳化娃CVD设备的反应室 中； (1. 2)将反应室抽真空，直到反应室气压低于1X10 7mbar。 进一步地，所述步骤二包括下述步骤： (2. 1)打开通向反应室的氨气开关，控制氨气流量逐渐增大到6化/min;[002U (2.。打开真空累抽取反应室的气体，保持反应室气压在lOOmbar(mbar=毫己= 化a;r*0. 001 = 100000pa*0. 001 =lOOpa); (2. 3)逐渐调大加热源功率，使反应室溫度缓慢升高。 进一步地，所述步骤Ξ包括： 打开高频线圈感应射频加热器，逐渐增大射频加热器的功率，当反应室溫度升高 逐渐至1400°CW后，保持反应室溫度恒定进行10分钟的原位刻蚀；或 打开高频线圈感应射频加热器，逐渐增大射频加热器的功率，当反应室溫度升高 逐渐至1400°CW后，向反应室中通入流量为7血/min的CsHs，保持反应室溫度恒定进行10 分钟的原位刻蚀。 进一步地，所述步骤五包括下述步骤： (5. 1)当P型低渗缓变外延层生长结束后，关闭〔3&、5%和；甲基侣的开关，停止 生长； (5. 2)设置通向反应室的氨气流量为20L/min，保持反应室气压为lOOmbar，使长 有碳化娃外延层的衬底在氨气流中冷却25min; (5. 3)将反应室气压升高到700mbar，在氨气流中继续冷却。 进一步地，所述步骤六包括下述步骤： (6. 1)当反应室溫度降低到700°CW下，关闭通向反应室的氨气开关； (6. 2)将反应室抽真空，直到气压低于1X107mbar; (6. 3)打开氣气开关，向反应室通入流量为12L/min的氣气，使长有碳化娃外延层 的衬底在氣气环境下继续冷却30min; (6. 4)缓慢提高反应室气压到常压，使衬底自然冷却至室溫，取出碳化娃外延片。 本专利技术提供的技术方案具有的优异效果是： 1.本专利技术采用Ξ甲基侣作为渗杂源，渗入的侣原子能有效的替换碳化娃材料中娃 原子，形成替位杂质，相对于离子注入工艺，制备的重渗杂碳化娃材料晶格完整，缺陷少，有 利于提高器件性能。 2.本专利技术采用碳化娃的CVD外延设备，在碳化娃衬底或已有外延层的碳化衬底进 行外延，通过生长参数控制纵向渗杂浓度，可生长具有缓变渗杂浓度的外延层，使器件的制 备工艺简化。【附图说明】 图1是本专利技术提供的基区缓变渗杂碳化娃薄膜外延制备方法的工艺流程图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步的详细说明。W下描述和附图充分地示出本专利技术的具体实施方案，W使本领域的技术人员能够 实践它们。其他实施方案可W包括结构的、逻辑的、电气的、过程的W及其他的改变。实施 例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可 W变化。一些实施方案的部分和特征可W被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本 专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，W及权利要求书的所有可获得的等同 物。在本文中，本专利技术的运些实施方案可W被单独地或总地用术语"专利技术"来表示，运仅仅 是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为 任何单个专利技术或专利技术构思。W下参照附图1，对本专利技术的技术方案作进一步详细描述，W下给出两种实施例。 阳042] 实施例1 步骤一，将碳化娃衬底放置到碳化娃CVD设备的反应室中。 柳44] (1. 1)选取偏向晶向4° (偏向晶向4°指的是在0001方向上往 11-20方向偏离4° )的4H碳化娃衬底，放置到碳化娃CVD设备的反应室中； (1. 2)将反应室抽真空，直到反应室气压低于1X10 7mbar。 步骤二，在氨气流中加热反应室。 (2. 1)打开通向反应室的氨气开关，控制氨气流量逐渐增大到60L/min; (2. 2)打开真空累抽取反应室的气体，保持反应室气压在lOOmbar; (2. 3)逐渐调大加热源功率，使反应室溫度缓慢升高。 步骤Ξ，对衬底进行原位刻蚀。 (3. 1)当反应室溫度达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基区缓变掺杂碳化硅薄膜外延制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下述步骤：步骤一，将碳化硅衬底放置到碳化硅化学气相沉积设备的反应室中，将反应室抽成真空；步骤二，在氢气流中加热反应室；步骤三，对碳化硅衬底进行原位刻蚀；步骤四，设置生长条件，开始生长碳化硅外延层，包括下述步骤：(4.1)当反应室温度达到1580℃‑1600℃时，保持反应室温度和压强恒定；(4.2)将液态三甲基铝放置于鼓泡器中用作掺杂源，将10ml/min‑15ml/min的氢气通入鼓泡器中，使氢气携带三甲基铝通入反应室中；(4.3)打开C3H8、SiH4和三甲基铝开关，流量为7mL/min的C3H8、流量为21mL/min的SiH4和流量为8.9mL/min的三甲基铝，生长p型缓变掺杂碳化硅薄膜外延层6min，在此其间，三甲基铝流量由8.9mL/min逐渐减小到4mL/min；步骤五，在氢气流中冷却碳化硅衬底；步骤六，在氩气中冷却碳化硅衬底。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钮应喜，杨霏，温家良，陈新，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院，国家电网公司，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11