碳化硅外延層區(qū)域摻雜的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種碳化硅外延層中進行原位區(qū)域摻雜的方法，比起傳統(tǒng)方法即經(jīng)區(qū)域離子注入并經(jīng)高溫退火方法，本發(fā)明可以提高區(qū)域摻雜效果，并且不需經(jīng)高溫退火處理。
【背景技術】
[0002]碳化硅(4H-SiC，6H-SiC)是一種寬禁帶半導體材料，它的帶隙寬可達3.0-3.2eV，是Si的3倍，因此，它具有高的臨界擊穿電場(Si的10倍)，高載流子飽和濃度(Si的2倍)等特點，另外，它還具有高熱導率(Si的3倍)的特點，因此，它在軍用和航天領域的高溫、高頻、大功率電力電子、光電器件方面具有優(yōu)越的應用價值，并有望應用于現(xiàn)有的硅基大功率器件不能勝任的場合，成為下一代電力電子半導體的關鍵基礎材料之一。
[0003]碳化硅器件結構中，會存在P阱、N阱或者它們的復合，一般不能通過擴散的方式制備，目前普通采用區(qū)域離子注入的方式制備這些阱，如圖1所示，此時需要采用3102掩膜，經(jīng)圖形化之后，注入不同劑量和能量的離子，經(jīng)多次注入后，可在非掩膜處形成所需區(qū)域摻雜。此后，需要進一步通過高溫退火來恢復晶格損傷以及激活所注入的離子。雖然注入工藝已經(jīng)相對成熟，但工藝相對復雜且成本昂貴，要獲得好的摻雜效果比較困難，得到的載流子迀移率很低，這些都影響了區(qū)域摻雜的品質(zhì)，極大地影響了后續(xù)的器件性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種碳化硅外延層區(qū)域摻雜的方法，可以實現(xiàn)原位P阱、N阱摻雜，不依賴于離子注入，進而達到提高外延層阱區(qū)品質(zhì)的目的。
[0005]本發(fā)明提供一種碳化硅外延層區(qū)域摻雜的方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1:取一碳化硅襯底，并清洗干凈；
[0007]步驟2:在襯底的表面外延一第一本征娃層；
[0008]步驟3:刻蝕，在第一本征硅層上形成第一圖形化硅層，刻蝕深度到達襯底的表面；
[0009]步驟4:升高溫度使第一本征硅層熔化，通入碳源，同時通入第一類型摻雜源，使熔化的第一圖形化硅層形成第一類型摻雜的碳化硅，形成基片；
[0010]步驟5:低溫下通入硅源，在基片上生長第二本征硅層；
[0011]步驟6:刻蝕，將第一類型摻雜的碳化硅上的第二本征硅層刻蝕掉，刻蝕深度到達第一類型摻雜的碳化硅的表面，形成第二圖形化硅層；
[0012]步驟7:升高溫度使第二圖形化硅層熔化，通入碳源，同時通入第二類型摻雜源，使熔化的第二圖形化硅層形成第二摻雜的碳化硅層；
[0013]步驟8:腐蝕硅殘留，得到所需完整的具有第一、第二類區(qū)域摻雜類型碳化硅外延層，完成制備。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]將外延硅層圖形化后，將之熔化，利用液硅浸潤碳化硅外延表面，并將體系溫度升高，提高碳源在液硅中的溶解度，隨之通入碳源將此硅層化合為碳化硅源，并同時實現(xiàn)P或N摻雜，這樣可以實現(xiàn)局部區(qū)域的可控原位摻雜。與現(xiàn)有通過離子注入并高溫退火工藝來實現(xiàn)區(qū)域摻雜相比，本方法工藝簡便易行，成本不高，且可以提高區(qū)域摻雜品質(zhì)，具有很大優(yōu)勢。此外，此有益效果也可以用于其它化合物半導體的區(qū)域摻雜，如半導體氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)等的同質(zhì)外延區(qū)域摻雜。
[0016]本發(fā)明操作簡便，易于推廣，并取得良好效果。
【附圖說明】
[0017]為進一步說明說明本發(fā)明的技術內(nèi)容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中:
[0018]圖1示出了現(xiàn)有技術中區(qū)域摻雜示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的制備流程圖；
[0020]圖3為本發(fā)明制備流程的結構示意圖；
[0021]圖4示出了本發(fā)明提供的第一類型摻雜碳化硅的光學顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0022]請參閱圖2、圖3，本發(fā)明提供一種碳化硅外延層區(qū)域摻雜的方法，包括如下步驟:
[0023]步驟1:取一碳化硅襯底I，為4H_SiC或6H_SiC，并清洗干凈；
[0024]步驟2:在襯底I的表面外延一第一本征娃層2 ；
[0025]步驟3:刻蝕，在第一本征娃層2上形成第一圖形化娃層3，為同心圓環(huán)，圓環(huán)寬度1-5微米，環(huán)之間間距1-2微米?？涛g深度到達襯底I的表面；
[0026]步驟4:升高溫度使第一本征硅層2熔化，通入碳源，同時通入第一類型摻雜源，為B2H6，使熔化的第一圖形化硅層3形成第一類型摻雜的碳化硅4，形成基片；
[0027]步驟5:低溫下通入硅源，在基片上生長第二本征硅層5 ;
[0028]步驟6:刻蝕，將第一類型摻雜的碳化硅4上的第二本征硅層5刻蝕掉，刻蝕深度到達第一類型摻雜的碳化硅4的表面，形成第二圖形化硅層；
[0029]步驟7:升高溫度使第二圖形化硅層熔化，通入碳源，同時通入第二類型摻雜源，為NH3，使熔化的第二圖形化硅層形成第二摻雜的碳化硅層6 ;
[0030]步驟8:腐蝕硅殘留，得到所需完整的具有第一、第二類區(qū)域摻雜類型碳化硅外延層，完成制備。
[0031]其中所述形成第一類型摻雜的碳化硅4和形成第二類型摻雜的碳化硅6的方法為:
[0032]溫度升高到1450 °C -1550 °C，在氬氣氛下保溫10_30分鐘，所用氬氣流量為l-5slm，所用壓力為500-760Torr，并使襯底I旋轉，轉速為1_10轉/分鐘；
[0033]將氬氣切換為氫氣，所用氫氣流量為l_5slm，所用壓力為10760Torr，溫度為15500C _1850°C，通入碳源C2H4或者C 3HS，流量為100-500sccm，持續(xù)時間為10-100分鐘。
[0034]下面結合附圖對本發(fā)明示例性的實施例進行描述。為了清楚和簡要起見，實際的實施例并不局限于說明書中所描述的這些技術特征。然而，應該理解的是，在改進任何一個所述實際實施例的過程中