一种碳化硅外延生长的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅外延生长的控制方法，包括将衬底置于封闭腔室，通入碳源和硅源，在所述衬底表面生长外延层，定义所述碳源的流量初始值为asccm，结束值为b sccm；所述硅源的流量初始值为a＇sccm，结束值为b＇sccm，当所述碳源的流量为b sccm，并且所述硅源的流量为b＇sccm时开始所述外延层的生长；则在T s内分k段，将所述碳源的流量由a sccm变化至b sccm，同时在T s内分k＇段将所述硅源的流量由a＇sccm变化至b＇sccm，所述碳源和所述硅源的流量变化使用分段式控制法，与常规线性缓变变化相比，该方法有利于提高外延表面质量，同时可以生长出更薄厚度的过渡层，提高外延长层的厚度精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅外延生长的控制方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅
，尤其是一种碳化硅外延生长的控制方法。

技术介绍

[0002]碳化硅外延材料在单晶硅、多晶硅、智能装备、航空航天、电动汽车、轨道交通、新能源开发、工业电机以及家用电器等众多领域具有广泛的运用应用，是国家产业导向优先发展的对象。
[0003]目前，碳化硅外延层皆使用线性缓变的方法进行不同气源流量之间的切换，线性缓变的一般过程为在规定时间内，气源流量匀速变化，目前行业内普遍使用线性变化的方式去完成气源流量之间的变化，目前市场上的外延炉设备的气源流量变化默认使用线性变化，且设备本身仅有线性变化方式，同时行业内的人没有去关注和尝试改变过渡层的气源流量变化方式对外延质量的影响。
[0004]专利申请CN102646578A公开了一种提高碳化硅多层结构外延材料批次间掺杂浓度均匀性的方法，是以化学汽相淀积生长技术为基础，对偏向<11
‑
20>方向8
°
的(0001)硅面碳化硅衬底预处理后，使用纯硅烷和纯丙烷作为生长源，氢气作为载气和稀释气体，选择氮气作为掺杂剂实现n型掺杂。该方法在每个外延层的厚度及掺杂浓度设定不同的生长速率及进气端碳硅比，采用低速外延的方法结合降低进气端碳硅比的方法生长高掺杂浓度的薄层外延，采用高速外延结合提高进气端碳硅比的方法生长高阻厚层外延，并采用高速外延的方法生长所需浓度及厚度的沟道层，以降低背景记忆效应。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有的碳化硅外延生长技术中的不足，提供一种碳化硅外延生长的控制方法。
[0006]最理想的技术是无过渡层，缓冲层的源气流量直接切变至外延源气流量，目前技术无法满足该要求，传统碳化硅外延生长缓冲层源气流量变化至外延层源气流量采用线性缓变方式，与之对应地必然在缓冲层表面形成一层过渡层，为了使过渡层的厚度尽可能的薄，只能减少变化时间，这样会使源气流量变化速度过快，由于过渡层初期流量较小，源气流量变化速度过快会使得初期流量变化量占初始流量的比例过大，使得初期流量不稳定，从而导致外延表面质量较差。显然，按照目前线性缓变的方式，无法在过渡时间短的同时实现外延表面质量的提高。而过渡时间长就意味着过渡层生长太厚。
[0007]为此，专利技术人关注到目前的过渡层的源气流量变化方式存在不足，突破常规，考虑完全不同的流量变化方式：人为控制气源流量变化速度，在过渡层初期流量变化速度较小，流量变化速度随着时间不断增加，达到前慢后快的效果，这种方式与线性变化方式相比，可以在相同时间内变化相同流量的同时，生长出更薄的过渡层厚度，同时又能保证过渡层初期流量变化量占初始流量较小的比例，保证外延稳定生长。
[0008]目前，行业内普遍使用线性缓变的方式去完成气源流量之间的变化，市场上的外
延炉设备的气源流量变化方式默认使用线性变化，且设备本身仅有线性变化方式，同时行业内的人没有去关注和尝试改变过渡层的气源流量变化方式对外延质量的影响，因此现有方法无法实现分阶段控制，由此专利技术人提出通过数学变换的方式，人为控制转变点和转变值，经试验证实可以获得了产品质量的高度提升，包括：产品碳化硅外延片的表面粗糙度Rq＝0.144nm＜0.15nm，外延表面致命缺陷密度(包含三角形，胡萝卜和掉落缺陷)＝0.292个/cm2＜0.3个/cm2。与常规线性缓变变化相比，该方法可以在同等的过渡时间内生长出更薄厚度的过渡层，并保证提高外延长层的厚度精度，以及产品品质。
[0009]具体方案如下：
[0010]一种碳化硅外延生长的控制方法，将衬底置于封闭腔室，通入碳源和硅源，在所述衬底表面生长缓冲层和外延层，定义所述碳源的流量初始值，即缓冲层生长时所述碳源的流量值为asccm；所述碳源的流量的结束值，即外延层生长时所述碳源的流量值为bsccm；所述硅源的流量初始值，即缓冲层生长时所述硅源的流量值为a＇sccm，所述硅源的结束值，即外延层生长时所述硅源的流量值为b＇sccm；当所述碳源的流量为bsccm，并且所述硅源的流量为b＇sccm时开始所述外延层的生长；
[0011]则在Ts内分k段，将所述碳源的流量由asccm变化至bsccm，同时在Ts内分k＇段将所述硅源的流量由a＇sccm变化至b＇sccm，对应地在所述缓冲层表面形成过渡层，所述过渡层位于所述缓冲层和所述外延层之间，其中，a、b、a＇、b＇、T、k和k＇各自独立地皆为正数，并且b＞a，b＇＞a＇，k≥2，k＇≥2，所述过渡层生长时所述碳源和所述硅源的流量变化使用分段式控制法，具体的，以所述碳源为例，所述分段式控制法中各阶段的时间与流量的对应关系如下：
[0012][0013][0014]其中，所述分段式控制法中的所述流量变化过程包括：
[0015]第1段：所述流量在ΔT1s内由a渐变至D1，
[0016]第2段：所述流量在ΔT2s内流量由D1渐变至D2，
[0017]第3段：所述流量在ΔT3s内流量由D2渐变至D3，
[0018]……
，依此类推，第n段：所述流量在ΔT
n
s内由D
n
‑1渐变至D
n
；
[0019]直到第k段：所述流量在ΔT
k
s内由D
k
‑1渐变至D
k
；
[0020]所述硅源的流量变化根据a＇、b＇、T和k＇的值，采用所述分段式控制法中的公式进行计算得到，与所述碳源的计算方式相同，只是用a＇代替表中的a，b＇代替表中的b，k＇代替表中的k。
[0021]进一步的，所述碳源的初始值：16≤a≤162.5，所述硅源的初始值：40≤a＇≤250，同时保证缓冲层生长时的碳硅比在0.8～1.3之间。
[0022]进一步的，所述碳源的结束值：125≤b≤480，所述硅源的结束值：250≤b＇≤600，同时保证外延层生长时的碳硅比在1.0～1.6之间。
[0023]进一步的，所述分段式控制法期间，碳硅比在0.8～1.6之间。
[0024]进一步的，时间T在10～600s之间，段数k在2～200之间。
[0025]进一步的，时间T在40～200s之间，段数k在5～20之间。
[0026]进一步的，所述碳源为乙烯或丙烷，所述硅源为三氯氢硅或硅烷。
[0027]进一步的，所述分段式控制法进行所述碳源和所述硅源的流量渐变，从而使得所述碳源和所述硅源的流量变化速度逐渐增加，碳硅比的变化速度逐渐增加，以降低流量变化过程中的过渡层的生长厚度。
[0028]本专利技术还保护由所述碳化硅外延生长的控制方法，制备得到的碳化硅外延片，所述碳化硅外延片的表面粗糙度Rq＜0.15nm。
[0029]进一步的，所述碳化硅外延片的表面致命缺陷密度＜0.3个/cm2，所述表面致命缺陷包含三角形，胡萝卜和掉落缺陷。
[0030]有益效果：
[0031]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅外延生长的控制方法，其特征在于：将衬底置于封闭腔室，通入碳源和硅源，在所述衬底表面生长缓冲层和外延层，定义所述碳源的流量初始值，即缓冲层生长时所述碳源的流量值为a sccm；所述碳源的流量的结束值，即外延层生长时所述碳源的流量值为b sccm；所述硅源的流量初始值，即缓冲层生长时所述硅源的流量值为a＇ sccm，所述硅源的结束值，即外延层生长时所述硅源的流量值为b＇ sccm；当所述碳源的流量为b sccm，并且所述硅源的流量为b＇sccm时开始所述外延层的生长；则在T s内分k段，将所述碳源的流量由a sccm变化至b sccm，同时在T s内分k＇段将所述硅源的流量由a＇ sccm变化至b＇ sccm，对应地在所述缓冲层表面形成过渡层，所述过渡层位于所述缓冲层和所述外延层之间，其中，a、b、a＇、b＇、T、k和k＇各自独立地皆为正数，并且b＞a，b＇＞a＇，k≥2，k＇≥2，所述过渡层生长时所述碳源和所述硅源的流量变化使用分段式控制法，具体的，以所述碳源为例，所述分段式控制法中各阶段的时间与流量的对应关系如下：其中，所述分段式控制法中的所述流量变化过程包括：第1段：所述流量在ΔT1 s内由a渐变至D1，第2段：所述流量在ΔT2 s内流量由D1渐变至D2，第3段：所述流量在ΔT3 s内流量由D2渐变至D3，
……
，依此类推，第n段：所述流量在ΔT
n
s内由D
n
‑1渐变至D
n
；直到第k段：所述流量在ΔT
k s内由D
k
‑1渐变至D
k
；所述硅源的流量变化根据a＇、b＇、T和k＇的值，采用所述分段式控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，钱卫宁，冯淦，赵建辉，
申请(专利权)人：瀚天天成电子科技厦门有限公司，
类型：发明
国别省市：