一種減少碳化硅外延薄膜中缺陷的方法技術

本發明專利技術是一種減少碳化硅外延薄膜中缺陷的方法，是在水平熱壁式化學氣相沉積（CVD）設備中進行，包括1）襯底準備：選取偏向方向4°的0001硅面碳化硅襯底；2）生長前烘烤：準備好的樣品送至反應室之后，通入氣體之前，使用射頻感應加熱反應室；3）原位刻蝕：使用改良的氫氣H2原位刻蝕技術對襯底進行生長前表面預處理；4）外延生長：當溫度升溫至外延生長溫度時開始生長碳化硅薄膜。優點：采用本方法可以有效減少基于偏向方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底上外延薄膜中存在的缺陷，提高了外延薄膜的質量。本發明專利技術方法簡單易行，外延工藝重復性和一致性好，外延薄膜質量高，適合規模生產。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術是，是在水平熱壁式化學氣相沉積（CVD）設備中進行，包括1）襯底準備：選取偏向<11-20>方向4°的0001硅面碳化硅襯底；2）生長前烘烤：準備好的樣品送至反應室之后，通入氣體之前，使用射頻感應加熱反應室；3）原位刻蝕：使用改良的氫氣H2原位刻蝕技術對襯底進行生長前表面預處理；4）外延生長：當溫度升溫至外延生長溫度時開始生長碳化硅薄膜。優點：采用本方法可以有效減少基于偏向<11-20>方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底上外延薄膜中存在的缺陷，提高了外延薄膜的質量。本專利技術方法簡單易行，外延工藝重復性和一致性好，外延薄膜質量高，適合規模生產。【專利說明】
本專利技術涉及的是一種減少基于偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底的同質外延薄膜中缺陷的方法。屬于半導體材料
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技術介紹
近些年，碳化硅(SiC)外延材料和器件正在穩步而快速增長，在某些領域其正在逐步替代傳統的硅和砷化鎵材料。相對于硅和砷化鎵來說，碳化硅具有更好的材料特性。例如4H-SiC，其具有大約4X 106V/cm的擊穿場強，大約2X 107cm/s的電子漂移速度和大約4.9ff/cm ? K的熱導率，同時具有高化學穩定性和抗輻射性能。這些優異的材料特性表明碳化硅特別適合于高功率、高溫和高頻應用。大多數器件制備均在外延薄膜上實現，因此，碳化硅器件制的性能很大程度上取決于碳化硅外延薄膜的質量。為了得到制備碳化硅器件所需的高質量外延薄膜，外延生長一般通常是在具有一定偏角的碳化硅襯底上進行的，這樣可以很好地實現臺階控制外延生長，得到更高質量的碳化硅外延薄膜。盡管如此，碳化硅薄膜中仍不可避免地存在著各種類型的缺陷，這些缺陷將制約在該薄膜上制作的器件性能。因此，大量的研究集中在如何減少碳化硅薄膜中的缺陷。目前，人們為了節約材料降低成本和減少外延薄膜中的基平面位錯(Bros)，主要使用的是偏向〈11-20〉方向4°的碳化娃襯底進行外延。而由于在碳面碳化娃襯底上外延非常難以實現低的背景參雜濃度，外延碳化硅薄膜一般使用硅面碳化硅襯底。因此，外延碳化硅薄膜一般在偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底上進行。然而，生長在4°偏角襯底上的外延薄膜中存在大量臺階狀形貌、三角形缺陷等缺陷，不利于后期器件制作。盡管已有一些關于減少·偏向〈11-20〉方向4°的(0001)娃面碳化娃襯底上外延薄膜中缺陷的報道，如采用低C/Si比和氫氣在線刻蝕等，但消除缺陷的效果并不理想，如圖1和圖2所示，外延薄膜中仍然存在大量臺階狀形貌等缺陷。因此，需要進一步的減少缺陷以提高外延薄膜的質量，本方法在外延生長之前加入烘烤過程的同時使用改良的氫氣在線刻蝕工藝，有效地減少了外延薄膜中的缺陷，特別是表面臺階缺陷被完全消除，外延缺陷密度減少至 Icm 2O
技術實現思路
本專利技術提出的是一種減少基于偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底的同質外延薄膜中缺陷的方法，其目的旨在針對在偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底上外延碳化硅薄膜后存在的缺陷問題，提供一種基于水平熱壁式CVD設備的工藝簡單的外延方法。該工藝能有效減少在偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底上外延薄膜中存在的臺階形貌等缺陷，提高了外延薄膜的質量。本專利技術的技術解決方案:一種減少在偏向〈11-20〉方向4°的0001硅面碳化硅襯底上外延生長的碳化硅薄膜中缺陷的外延生長方法，包括如下工藝步驟:1)襯底準備:選取偏向〈11-20〉方向4°的0001硅面碳化硅襯底，并對其進行標準清洗待用； 2)生長前烘烤:準備好的樣品送至反應室之后，通入氣體之前，使用射頻感應加熱反應室，射頻功率為5~6KW，處理時間為10~20 min，升溫至150~250°C ； 3)原位刻蝕:使用氫氣(H2)原位刻蝕對襯底進行生長前表面預處理，H2的流量為60~90L/min，反應室壓力為80~150mbar，升溫至外延生長溫度之上10~20°C，恒溫5~15min,降溫至外延生長溫度，降溫時間為10 min ； 4)外延生長:當溫度升溫至外延生長溫度時開始生長碳化硅薄膜，生長源為硅烷SiH4和丙烷C3H8，生長溫度為1550~1580°〇，生長壓力為80~1501^&1'，氮氣隊和三甲基鋁丁獻分別作為N型和P型摻雜劑。 本專利技術與通常外延技術相比具有如下優點:本專利技術提供的在偏向〈11-20〉方向4°的(0001)娃面碳化娃襯底上外延生長的方法，如圖4和圖5所不,能夠有效地減少基于偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底外延薄膜中的缺陷，特別是表面臺階缺陷被完全消除，外延缺陷密度減少至lcm_2。具有方法簡單易行，外延工藝重復性和一致性好，外延薄膜質量高，適合規模生產等特點。【專利附圖】【附圖說明】圖1是采用通常方法制備的基于偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底的外延薄膜的缺陷分布示意圖。圖2是采用通常方法制備的基于偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底的外延薄膜的原子力顯微鏡圖像示意圖。圖3是本專利技術外延工藝過程圖。圖4是本專利技術制備的基于偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底的外延薄膜的缺陷分布示意圖。圖5是本專利技術制備的基于偏向〈11-20〉方向4°的(0001)硅面碳化硅襯底的外延薄膜的原子力顯微鏡圖像示意圖。【具體實施方式】一種減少在偏向〈11-20〉方向4°的0001硅面碳化硅襯底上外延生長的碳化硅薄膜中缺陷的外延生長方法，包括如下工藝步驟: 1)襯底準備:選取偏向〈11-20〉方向4°的0001硅面碳化硅襯底，并對其進行標準清洗待用； 2)生長前烘烤:準備好的樣品送至反應室之后，通入氣體之前，使用射頻感應加熱反應室，射頻功率為5~6KW，處理時間為10~20 min，升溫至150~250°C ； 3)原位刻蝕:使用氫氣H2原位刻蝕對襯底進行生長前表面預處理，H2的流量為60~90L/min，反應室壓力為80~150mbar，升溫至外延生長溫度之上10~20°C，恒溫5~15min,降溫至外延生長溫度，降溫時間為10 min ； 4)外延生長:當溫度升溫至外延生長溫度時開始生長碳化硅薄膜，生長源為硅烷SiH4和丙烷C3H8，生長溫度為1550~1580°〇，生長壓力為80~1501^&1'，氮氣隊和三甲基鋁丁獻分別作為N型和P型摻雜劑。所述娃面碳化娃襯底選自4H或者6H晶型，并且選取偏向〈11-20〉方向4°的娃面碳化硅襯底，包括3?6英寸N +導電碳化硅襯底和半絕緣碳化硅襯底。所述的生長前烘烤，應在準備好的樣品送至反應室之后，通入氣體之前進行。所述的對反應室進行的生長前烘烤，射頻功率為5?6KW，處理時間為10?20min，加熱反應室至150?250°C。所述的氫氣H2原位刻蝕，H2的流量為60?90L/min，反應室壓力為80?150mbar，溫度爬升至外延生長溫度之上10?20°C，恒溫5?15min，隨后IOmin降溫至外延生長溫度。所述的外延碳化硅使用硅烷SiH4和丙烷C3H8作為生長源，氮氣N2和三甲基鋁TMA分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種減少在偏向方向4°的0001硅面碳化硅襯底上外延生長的碳化硅薄膜中缺陷的外延生長方法，在水平熱壁式化學氣相沉積（CVD）設備中進行，其特征是該方法包括如下工藝步驟：1）襯底準備：選取偏向方向4°的0001硅面碳化硅襯底，并對其進行標準清洗待用；2）生長前烘烤：準備好的樣品送至反應室之后，通入氣體之前，使用射頻感應加熱反應室，射頻功率為5～6KW，處理時間為10～20?min，升溫至150～250℃；3）原位刻蝕：使用氫氣H2原位刻蝕對襯底進行生長前表面預處理，H2的流量為60～90L/min，反應室壓力為80～150mbar，升溫至外延生長溫度之上10～20℃，恒溫5～15?min，降溫至外延生長溫度，降溫時間為10?min；4）外延生長：當溫度升溫至外延生長溫度時開始生長碳化硅薄膜，生長源為硅烷SiH4和丙烷C3H8，生長溫度為1550～1580℃，生長壓力為80～150mbar，氮氣N2和三甲基鋁TMA分別作為N型和P型摻雜劑。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙志飛，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第五十五研究所，
類型：發明
國別省市：