一种有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法技术

本发明专利技术公开了一种有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，属于半导体加工领域，将生长外延层的步骤分成了若干个周期，每个周期内依次包括高速生长过程、气氛修正过程和低速生长过程，气氛修正过程中的硅源流量小于低速生长过程的硅源流量，且碳源流量为零。气氛修正过程避免外延层长期处于富碳环境中，能够周期性地修正反应室中的气氛，全程不会完全中断生长源气流，对台阶流生长模式的影响小，有利于降低外延片缺陷密度，低速生长过程在不中断生长源气流的前提下起到刻蚀作用和退火作用相结合的综合效果，有利于修复衬底表面缺陷、提升外延层的结晶质量，从而为下一轮高速生长过程提供良好表面作为基础，能进一步减少外延片缺陷。陷。陷。

【技术实现步骤摘要】
一种有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法


[0001]本专利技术涉及一种有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，属于半导体加工领域。

技术介绍

[0002]碳化硅（SiC）是第三代半导体材料，因其在高温、高压、高频等严苛条件下的优异性能表现，成为当前最受关注的半导体材料之一，在电动汽车、轨道交通、高压输变电、通讯基站、新一代雷达、卫星通讯、航天、军工、核能等重要领域具有广阔的应用前景和产业价值。业界普遍采用化学气相沉积法制备碳化硅外延片，进而在此基础上制备碳化硅电子器件。然而，目前碳化硅外延片仍存在多种类型的缺陷，例如三角形缺陷、胡萝卜缺陷、掉落物、台阶聚集、划痕、凹坑、基平面位错、螺位错、刃位错、微管、点缺陷等。上述缺陷的产生对碳化硅器件性能会产生不良影响，导致外延片可用面积下降，进而降低碳化硅器件产品良率。因此，设法降低碳化硅外延片的缺陷密度成为提升产品良率的重中之重。
[0003]近年来，随着市场上对高压半导体器件需求的不断提升，碳化硅厚膜外延工艺技术逐渐成为业界关注的重点。然而，随着碳化硅外延层厚度的不断增加，缺陷密度也随之迅速上升，严重限制了碳化硅厚膜外延质量和产品良率的提高。目前，国内在中低压领域的碳化硅外延工艺已经较为成熟，但在高压领域的碳化硅外延技术仍处于研发阶段，国内市场上尚无商品化的碳化硅厚膜外延产品。
[0004]目前的碳化硅外延生长工艺主要通过设置多层缓冲层、原位刻蚀、变温外延、周期性中断生长等方法降低碳化硅外延缺陷密度，但仍存在费时费力、工艺流程复杂、缺陷密度仍然较高等问题。公开文献CN104851781A、CN104934318A、CN104993030A、CN105006423A均采用周期性外延技术提升厚膜外延质量，通过将传统外延生长分解为多个“生长
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刻蚀
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吹扫
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再生长”的周期性过程，降低基平面位错、掉落物、三角形缺陷密度。上述方法虽然比现有技术缺陷密度更低，但上述方法需要多次中断生长源气流（硅源和碳源）、通入HCl刻蚀、通入H2吹拂，严重扰乱台阶流生长模式，带来了另一种不利于降低缺陷密度的因素。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，无需完全中断生长源气流，也能减少外延片缺陷密度。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，适用于化学气相沉积，包括在缓冲层上生长外延层，将生长所述外延层的步骤分成若干个周期，每个周期内依次包括高速生长过程、气氛修正过程和低速生长过程；所述高速生长过程的生长源流量大于所述低速生长过程的生长源流量；所述气氛修正过程中的硅源流量小于所述低速生长过程的硅源流量，且碳源流量为零，所述气氛修正过程的时长短于所述低速生长过程的时长。
[0007]本申请提供的有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法中，一方面在气氛修正过程中通入低流量的硅源并使碳源流量为零，避免外延层长期处于富碳环境中，能够周期性地
修正反应室中的气氛，有利于降低外延片缺陷密度，在生长外延片的全过程中不会完全中断生长源气流，对台阶流生长模式的影响大大降低，能进一步减少外延片缺陷；另一方面，低速生长过程在不中断生长源气流的前提下起到刻蚀作用和退火作用相结合的综合效果，其中，刻蚀作用可以修复衬底表面缺陷，去除划痕、凹坑、亚损伤等缺陷，释放表面应力，退火作用有利于提升外延层的结晶质量，为下一轮高速生长过程提供良好表面作为基础。
[0008]优选地，生长所述外延层的硅源为三氯氢硅。
[0009]气氛修正过程中碳源流量为零，仅有反应室内残余的碳源与继续通入的硅源继续一起反应，高浓度硅源容易产生硅滴，硅源选用三氯氢硅后，短时间内只通入的硅源的情况下也不容易产生硅滴，有利于减少由硅滴引发的缺陷。
[0010]进一步地，所述气氛修正过程中还通入2SLM的HCl。
[0011]气氛修正过程中通入HCl后，利用HCl可进一步抑制硅滴生成。
[0012]进一步地，在所述高速生长过程生长的厚度达到20μm前进入所述气氛修正过程。
[0013]现有技术中连续生长外延层时，随着生长时间的延长，反应室内部生长氛围逐渐发生偏离，实际沉积的碳硅比比生长源的碳硅比微高，富碳环境下导致外延缺陷密度逐渐增加，因此本申请在生长持续一段时间后增加一个气氛修正过程使反应室氛围略微反向偏移，使实际沉积的碳硅比重新与生长源的碳硅比相符，从而减少三角形缺陷等外延缺陷成核点密度，在新一轮高速生长过程沉积厚度达到20μm左右时，继续以高生长源流量沉积容易产生高密度缺陷，在高速生长过程生长的厚度达到20μm前进入气氛修正过程有利于在生成大量缺陷前使反应室内部生长氛围重回正常。
[0014]更进一步地，在所述高速生长过程生长的厚度达到8μm
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10μm时进入所述气氛修正过程。
[0015]外延片重大缺陷（例如胡萝卜缺陷、三角形缺陷、掉落物缺陷）的形成是一个渐变的过程，在高速生长过程生长的厚度达到8μm
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10μm时就进入气氛修正过程，在缺陷成核点密度增加的过程中提前修正气氛，有利于进一步减少外延片缺陷，尤其是重大缺陷。
[0016]更进一步地，所述高速生长过程中生长源的碳硅比与所述低速生长过程中生长源的碳硅比一致。
[0017]碳硅比的变化会引起化学势的变化，进而影响不同外延速率下生长界面处吸附单体类型的变化，导致三角形缺陷等外延缺陷成核概率的增加，控制高速生长过程和低速生长过程中的碳硅比一致，有利于减少外延片缺陷，得益于中间插入了一段气氛修正过程，即使高速生长过程和低速生长过程中的碳硅比一致也不会令外延片连续长时间处于富碳环境。
[0018]更进一步地，所述气氛修正过程中硅源流量为所述高速生长过程中硅源流量的十分之一，所述气氛修正过程的时长为10s
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20s。
[0019]由于碳硅比变化引起化学势变化时会增加三角形缺陷的成核概率，因此气氛修正过程要尽可能短，只要使反应室氛围略微向硅源增加的方向偏移即可完成修正，而在短时间内完成修正需要足够的硅源，碳源流量为零的情况下瞬时硅源浓度过大又会容易发生硅源团聚形成硅滴，本申请中限制气氛修正过程中硅源流量为高速生长过程中硅源流量的十分之一，不容易产生硅滴，气氛修正过程的时长为10s
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20s，能在尽可能短的时间内完成气氛修正，无需进行中断生长源气流后刻蚀并吹拂的步骤，避免反应室气流场分布发生大幅
度改变，对台阶流生长模式影响较小。
[0020]更进一步地，所述低速生长过程中硅源流量为所述高速生长过程中硅源流量的五分之二，所述低速生长过程中碳源流量为所述高速生长过程中碳源流量的五分之二，所述低速生长过程的时长为50s
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80s。
[0021]气氛修正过程中在碳源流量为零的情况下通入的硅源在低速生长过程中被消耗完，使得下一轮高速生长开始时实际本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，适用于化学气相沉积，包括在缓冲层上生长外延层，其特征在于，将生长所述外延层的步骤分成若干个周期，每个周期内依次包括高速生长过程、气氛修正过程和低速生长过程；所述高速生长过程的生长源流量大于所述低速生长过程的生长源流量；所述气氛修正过程中的硅源流量小于所述低速生长过程的硅源流量，且碳源流量为零，所述气氛修正过程的时长短于所述低速生长过程的时长。2.根据权利要求1所述的有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，其特征在于，生长所述外延层的硅源为三氯氢硅。3.根据权利要求2所述的有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，其特征在于，所述气氛修正过程中还通入2SLM的HCl。4.根据权利要求1所述的有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，其特征在于，在所述高速生长过程生长的厚度达到20μm前进入所述气氛修正过程。5.根据权利要求4所述的有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，其特征在于，在所述高速生长过程生长的厚度达到8μm
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10μm时进入所述气氛修正过程。6.根据权利要求5所述的有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，其特征在于，所述高速生长过程中生长源的碳硅比与所述低速生长过程中生长源的碳硅比一致。7.根据权利要求6所述的有效降低碳化硅外延片缺陷密度的方法，其特征在于，所述气氛修正过程中硅源流量为所述高速生长过程中硅源流量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张南，郭嘉杰，黄吉裕，刘自然，谭永炘，王慧勇，罗骞，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：