【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體，涉及一種碳化硅外延結構，尤其涉及一種控制缺陷的碳化硅外延結構及其制備方法與應用。
技術介紹
1、以碳化硅材料為代表的第三代寬帶隙半導體材料具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、高載流子飽和漂移等特點，特別適合于制作高溫、高壓、高頻、大功率、抗輻照等半導體器件。
2、目前，碳化硅外延研究的一個重要課題是缺陷控制，技術人員主要關注的缺陷有三類：形貌缺陷、深能級缺陷和結構缺陷。
3、碳化硅外延中的形貌缺陷一般包括：胡蘿卜缺陷(carrot)、三角形缺陷(triangle)、掉落物(downfall)以及臺階聚集(step?bunching)等。隨著外延層厚度的增大，同時沉積在腔體內壁上的雜質也在增加，并且隨著外延的進行更加容易掉落在晶片表面，從而誘發外延缺陷，使得厚膜外延的缺陷控制成為一個難點。目前10μm外延層典型的滴落物和三角形缺陷總和密度可達0.1-1.0cm-2的水平。
4、技術人員主要關注的深能級缺陷包括：z1/2(ec以下0.63ev處)和h6/7(ec以下1.55ev處)中心。其中，z1/2被稱為少子壽命的“殺手型”缺陷，因為它對少子壽命的影響巨大，并且研究發現z1/2能級形成的主要和c空位(vc)有關。典型的原位z1/2缺陷濃度介于1012-1013cm-3。在碳化硅高壓雙極器件用的厚膜外延材料中，應控制減少該中心的密度，增強少子壽命。目前，主流的方法是采用熱氧化處理和c離子注入并退火處理，也可通過優化外延生長工藝條件(如溫度、c/si等)來降低外延材料中z1/
5、技術人員主要關注的結構缺陷包括：微管、基面位錯(bpd)、螺位錯(tsd)和刃位錯(ted)。在碳化硅研究伊始，無論是高壓還是低壓器件，微管一直被稱為器件的“殺手”缺陷。隨著技術的不斷發展，在單晶制程中，通過優化工藝(如控制c/si比，選擇或晶面的籽晶)基本可以實現“零微管”的水平。在外延生長過程中，大部分(90％)基面位錯可轉化為刃位錯。通過特殊外延技術，如生長前的熔融koh刻蝕或h2刻蝕，可增加轉化率，且目前轉化率可達到99.8％，bpd密度接近“零”位錯的水平。然而，如何降低螺位錯和刃位錯一直是困擾碳化硅晶體生長的難題。
6、由此可見，如何提供一種碳化硅外延結構及其制備方法，降低碳化硅外延晶體中的螺位錯和刃位錯，從而提升碳化硅外延結構的生長質量，成為了目前本領域技術人員迫切需要解決的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種控制缺陷的碳化硅外延結構及其制備方法與應用，所述制備方法降低了碳化硅外延晶體中的螺位錯和刃位錯，從而提升了碳化硅外延結構的生長質量。
2、為達到此專利技術目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種控制缺陷的碳化硅外延結構的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
4、(1)對碳化硅襯底進行原位刻蝕；
5、(2)在碳化硅襯底的表面生長第一n型緩沖層；
6、(3)在惰性氣體的氛圍中原位引入氧原子進行通氧刻蝕；
7、(4)在第一n型緩沖層的表面生長第二n型緩沖層；
8、(5)在第二n型緩沖層的表面生長漂移層。
9、本專利技術提供的制備方法在碳化硅外延生長過程中原位引入氧原子，使得氧原子并入碳化硅晶格后，增加了懸掛鍵，同時引入了表面態，在電場作用下，氧原子懸掛鍵里面的電子與帶正電的螺位錯及刃位錯復合，降低了器件漏電流特性；由于位錯的特征是有一個額外的半原子面，而氧原子較c和n均較小，本專利技術通過引入氧原子，改變了位錯的方向，促進了螺位錯和刃位錯的湮滅，從而降低了位錯密度，減小了穿透至漂移層的概率，提升了碳化硅外延結構的生長質量。
10、優選地，步驟(1)所述碳化硅襯底包括4h-sic襯底，滿足偏向<11-20>方向4°。
11、優選地，步驟(1)所述原位刻蝕包括：以200-500slm的流量通入h2，并于1400-1650℃溫度和50-100mbar壓力下刻蝕5-10min。
12、其中，所述h2的通入流量為200-500slm，例如可以是200slm、220slm、240slm、260slm、280slm、300slm、320slm、340slm、360slm、380slm、400slm、420slm、440slm、460slm、480slm或500slm，所述溫度為1400-1650℃，例如可以是1400℃、1420℃、1440℃、1460℃、1480℃、1500℃、1520℃、1540℃、1560℃、1580℃、1600℃、1620℃、1640℃或1650℃，所述壓力為50-100mbar，例如可以是50mbar、55mbar、60mbar、65mbar、70mbar、75mbar、80mbar、85mbar、90mbar、95mbar或100mbar，所述刻蝕的時間為5-10min，例如可以是5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min或10min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
13、優選地，步驟(2)所述第一n型緩沖層的生長方法包括：分別對應地以100-800slm、300-600sccm、200-500sccm和80-120sccm的流量通入載氣h2、含氯的硅源氣體、碳源和n型摻雜劑n2，并于1580-1680℃溫度和50-100mbar壓力下進行生長。
14、其中，所述載氣h2的通入流量為100-800slm，例如可以是100slm、150slm、200slm、250slm、300slm、350slm、400slm、450slm、500slm、550slm、600slm、650slm、700slm、750slm或800slm，所述含氯的硅源氣體的通入流量為300-600sccm，例如可以是300sccm、350sccm、400sccm、450sccm、500sccm、550sccm或600sccm，所述碳源的通入流量為200-500sccm，例如可以是200sccm、250sccm、300sccm、350sccm、400sccm、450sccm或500sccm，所述n型摻雜劑n2的通入流量為80-120sccm，例如可以是80sccm、85sccm、90sccm、95sccm、100sccm、105sccm、110sccm、115sccm或120sccm，所述溫度為1580-1680℃，例如可以是1580℃、1590℃、1600℃、1610℃、1620℃、1630℃、1640℃、1650℃、1660℃、1670℃或1680℃，所述壓力為50-100mbar，例如可以是50mbar、55mbar、60mbar、65mbar、70mbar、75mbar、80mbar、85mbar、90mbar、95mbar或100mbar，但并不僅限本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種控制缺陷的碳化硅外延結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述碳化硅襯底包括4H-SiC襯底，滿足偏向<11-20>方向4°；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述第一N型緩沖層的生長方法包括：分別對應地以100-800slm、300-600sccm、200-500sccm和80-120sccm的流量通入載氣H2、含氯的硅源氣體、碳源和N型摻雜劑N2，并于1580-1680℃溫度和50-100mbar壓力下進行生長；
4.根據權利要求1-3任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述通氧刻蝕包括：分別對應地以100-800slm、3000-6000sccm、100-200sccm和50-100sccm的流量通入載氣Ar、HCl、O2和碳源，并于1580-1680℃溫度和50-100mbar壓力下進行刻蝕5-10min；
5.根據權利要求1-4任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述第二N型緩沖層的生長
6.根據權利要求1-5任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述漂移層的生長方法包括：分別對應地以100-800slm、300-600sccm、200-500sccm和20-60sccm的流量通入載氣H2、含氯的硅源氣體、碳源和N型摻雜劑N2，并于1580-1680℃溫度和50-500mbar壓力下進行生長；
7.根據權利要求1-6任一項所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
8.一種采用如權利要求1-7任一項所述制備方法制得的碳化硅外延結構，其特征在于，所述碳化硅外延結構包括層疊設置的碳化硅襯底、第一N型緩沖層、第二N型緩沖層和漂移層。
9.根據權利要求8所述的碳化硅外延結構，其特征在于，所述第一N型緩沖層的厚度為0.1-0.5μm；
10.一種如權利要求8或9所述碳化硅外延結構的應用，其特征在于，所述碳化硅外延結構用于制備半導體器件。
...【技術特征摘要】
1.一種控制缺陷的碳化硅外延結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述碳化硅襯底包括4h-sic襯底，滿足偏向<11-20>方向4°；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述第一n型緩沖層的生長方法包括：分別對應地以100-800slm、300-600sccm、200-500sccm和80-120sccm的流量通入載氣h2、含氯的硅源氣體、碳源和n型摻雜劑n2，并于1580-1680℃溫度和50-100mbar壓力下進行生長；
4.根據權利要求1-3任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述通氧刻蝕包括：分別對應地以100-800slm、3000-6000sccm、100-200sccm和50-100sccm的流量通入載氣ar、hcl、o2和碳源，并于1580-1680℃溫度和50-100mbar壓力下進行刻蝕5-10min；
5.根據權利要求1-4任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述第二n型緩沖層的生長方法包括：分別對應地以100-800s...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚力軍，費磊，邊逸軍，
申請(專利權)人：晶豐芯馳上海半導體科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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