本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，特指一種超摻雜均勻性大面積SiC外延層的制備方法及其生長腔室結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
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碳化硅(SiC)材料作為第三代寬禁帶半導體，具有禁帶寬度大、耐高溫、抗輻射等優(yōu)異的物理特性，為功率器件的制造奠定了良好的材料基礎(chǔ)。通常SiC器件主要是在SiC單晶襯底上生長的SiC外延層上制作的。由于在SiC單晶生長的過程中控制摻雜較為困難，難以達到器件制造要求，雖然離子注入也可以實現(xiàn)SiC的摻雜，但是其效果遠遠達不到利用CVD外延工藝得到的精確控制摻雜濃度的水平，因此SiC外延層材料的生長是SiC器件制造中重要且必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。

SiC外延層制備的方法主要有：升華法、液相外延法、濺射法、脈沖激光沉積、分子束外延和化學氣相沉積法，目前商業(yè)生產(chǎn)中以化學氣相沉積法使用最為廣泛。

SiC外延材料的濃度摻雜均勻性與生長厚度均勻性嚴重影響到SiC器件性能，良好的材料均勻性不僅可以降低器件性能的離散，同時也可以提高器件的可靠性。

隨著SiC產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，SiC外延層的發(fā)展趨勢越趨向于大面積化，大面積SiC外延層擁有更大的器件制備可用面積，可以有效減少材料的浪費。然而隨著SiC襯底尺寸的不斷變大，對于SiC外延層內(nèi)的摻雜濃度與生長厚度控制的要求也相應的提高，如何提高大面積SiC外延層的厚度、濃度均勻性是SiC外延中需要突破和掌握的關(guān)鍵技術(shù)。

由于各類生長源在反應腔室內(nèi)沿氣流方向的耗盡方式有所不同，對于SiC外延層摻雜濃度均勻性和生長厚度均勻性也有所不同，而于大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性和生長厚度均勻性對于不同的耗盡。生長源氣體在外延層直徑方向上的耗盡導致了外延層上局部個點的生長速率及摻雜濃度是隨位置變化的量，因此造成了外延厚度及濃度的不均勻性。由于各類生長源在反應腔內(nèi)的耗盡形式有所不同，總體來說主要有三種形式的耗盡(理想狀態(tài))：1、線性耗盡；2、指數(shù)型耗盡；3、二次元函數(shù)型耗盡。通過引入托盤可以降低由于氣源線性耗盡所造成的源分布的不均勻性，而后兩種耗盡方式下，托盤并不能完全消除源分布的不均勻，特別是因晶片邊界處存在較大的溫度梯度而導致的摻雜濃度與厚度的不均勻性。

有鑒于此，本發(fā)明人提出以下技術(shù)方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超摻雜均勻性大面積SiC外延層的制備方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了下述第一種技術(shù)方案：該超摻雜均勻性大面積SiC外延層的制備方法在常規(guī)的LPCVD外延生長源主進氣管路額外增加兩個側(cè)進氣管路，通過調(diào)節(jié)兩個側(cè)進氣管路通入的生長源種類與通入量的大小，結(jié)合旋轉(zhuǎn)托盤結(jié)構(gòu)，來調(diào)節(jié)整個大面積SiC外延層上氛圍中的生長源分布，從而調(diào)節(jié)反應腔室內(nèi)氛圍中的生長源的比例，以調(diào)整大面積SiC外延層摻雜濃度與厚度均勻性。

進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述主進氣管路的通道呈喇叭狀，兩個側(cè)進氣管路連通主進氣管路的通道的后端部分，兩個側(cè)進氣管路生長源導入口導入的生長源包括有摻雜源、C源、Si源、載氣、蝕刻氣體，該摻雜源包括N₂、Al(CH₃)₃，C源包括C₂H₄、C₃H₈，Si源包括Si₂H₄、SiHCl₃，載氣包括H₂、Ar₂，蝕刻氣體包括HCl。

進一步而言，上述技術(shù)方案中，兩個側(cè)進氣管路通入Si源，以提升側(cè)反應腔室氛圍中的C源和Si源的比例，降低N型摻雜濃度或提升P型摻雜濃度，從而達到對大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性的調(diào)整。

進一步而言，上述技術(shù)方案中，兩個側(cè)進氣管路通入C源，以降低反應腔室氛圍中的C源和Si源的比例，提升N型摻雜濃度或降低P型摻雜濃度，從而達到對大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性的調(diào)整。

進一步而言，上述技術(shù)方案中，兩個側(cè)進氣管路同時通入Si源和C源來提升反應腔室氛圍中的C源及Si源的濃度，以提升SiC外延層的生長速率，從而達到對大面積SiC外延層生長厚度均勻性的調(diào)整。

進一步而言，上述技術(shù)方案中，兩個側(cè)進氣管路通入載氣來稀釋反應腔室氛圍中的C源及Si源的濃度，降低SiC外延層的生長速率，從而達到對大面積SiC外延層生長厚度均勻性的調(diào)整。

進一步而言，上述技術(shù)方案中，兩個側(cè)進氣管路通入N源來提升側(cè)的N型摻雜濃度，從而達到對大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性的調(diào)整；兩側(cè)路通入Al源可以提升側(cè)的P型摻雜摻雜濃度，從而達到對大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性的調(diào)整。

進一步而言，上述技術(shù)方案中，兩個側(cè)進氣管路通入蝕刻氣體以輕微降低SiC外延層的生長速率，從而達到對大面積SiC外延層生長厚度均勻性的微調(diào)整。

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超摻雜均勻性大面積SiC外延層生長腔室結(jié)構(gòu)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了下述第二種技術(shù)方案：該超摻雜均勻性大面積SiC外延層生長腔室結(jié)構(gòu)包括：碳化硅LPCVD反應腔室，該碳化硅LPCVD反應腔室外側(cè)設(shè)置有用于對其加熱的加熱組件；托盤，其位于碳化硅LPCVD反應腔室中，該托盤上設(shè)置承載槽以承載一片大面積SiC晶片；三通導氣管路結(jié)構(gòu)，其安裝于碳化硅LPCVD反應腔室進氣端一側(cè)，該三通導氣管路結(jié)構(gòu)由與碳化硅LPCVD反應腔室連通的主導氣管路以及兩個位于主導氣管路兩側(cè)且相互隔絕的側(cè)導氣管路構(gòu)成；三通進氣管路結(jié)構(gòu)，其與三通導氣管路結(jié)構(gòu)連接，且該三通進氣管路結(jié)構(gòu)包括一管主體以及成型于管主體前端的主進氣管路和兩個分別位于主進氣管路兩側(cè)的側(cè)進氣管路，主進氣管路和兩個側(cè)進氣管路均與管主體內(nèi)腔連通，該管主體內(nèi)腔連通主導氣管路及側(cè)導氣管路；側(cè)進氣管路與主進氣管路之間通過一斜面連接，以致使主進氣管路與管主體內(nèi)腔形成喇叭狀通道，并連通主導氣管路及側(cè)導氣管路。

進一步而言，上述技術(shù)方案中，所述主進氣管路與主導氣管路對應，且主進氣管路的尺寸大于主導氣管路的尺寸；所述側(cè)進氣管路與側(cè)導氣管路對應，且側(cè)進氣管路的尺寸小于側(cè)導氣管路的尺寸。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下有益效果：

1、本發(fā)明超摻雜均勻性大面積SiC外延層的制備方法能夠?qū)Υ竺娣eSiC外延的生長厚度均勻性進行控制，從而提升大面積SiC外延層生長厚度均勻性，還可對大面積SiC外延層(晶片)的摻雜均勻性進行控制，從而提升大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性。

2、本發(fā)明超摻雜均勻性大面積SiC外延層生長腔室結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，并可有效調(diào)節(jié)反應腔室內(nèi)氛圍中的生長源的比例，以調(diào)整大面積SiC外延層摻雜濃度與厚度均勻性。

附圖說明：

圖1是常規(guī)方法得到的SiC外延層厚度沿徑向方向的分布示意圖；

圖2為發(fā)明制備方法得到的SiC外延層厚度沿徑向方向的分布；

圖3為常規(guī)方法得到的SiC外延層摻雜濃度沿徑向方向的分布；

圖4為發(fā)明制備方法得到的SiC外延層摻雜濃度沿徑向方向的分布；

圖5為發(fā)明超摻雜均勻性大面積SiC外延層生長腔室結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為發(fā)明超摻雜均勻性大面積SiC外延層生長腔室結(jié)構(gòu)中三通導氣管路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為發(fā)明超摻雜均勻性大面積SiC外延層生長腔室結(jié)構(gòu)中三通進氣管路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明超摻雜均勻性大面積SiC外延層的制備方法，該方法在常規(guī)的LPCVD外延生長源主進氣管路額外增加兩個側(cè)進氣管路，通過調(diào)節(jié)兩個側(cè)進氣管路通入的生長源種類與通入量的大小，結(jié)合旋轉(zhuǎn)托盤結(jié)構(gòu)，來調(diào)節(jié)整個大面積SiC外延層上氛圍中的生長源分布，從而調(diào)節(jié)反應腔室內(nèi)氛圍中的生長源的比例，以調(diào)整大面積SiC外延層摻雜濃度與厚度均勻性。其中，所述主進氣管路的通道呈喇叭狀，兩個側(cè)進氣管路連通主進氣管路的通道的后端部分。

兩個側(cè)進氣管路生長源導入口導入的生長源包括有摻雜源、C源、Si源、載氣、蝕刻氣體，該摻雜源包括N₂、Al(CH₃)₃，C源包括C₂H₄、C₃H₈，Si源包括Si₂H₄、SiHCl₃，載氣包括H₂、Ar₂，蝕刻氣體包括HCl。

兩個側(cè)進氣管路通入Si源，以提升側(cè)反應腔室氛圍中的C源和Si源的比例，降低N型摻雜濃度或提升P型摻雜濃度，從而達到對大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性的調(diào)整。

兩個側(cè)進氣管路通入C源，以降低反應腔室氛圍中的C源和Si源的比例，提升N型摻雜濃度或降低P型摻雜濃度，從而達到對大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性的調(diào)整。

兩個側(cè)進氣管路同時通入Si源和C源來提升反應腔室氛圍中的C源及Si源的濃度，以提升SiC外延層的生長速率，從而達到對大面積SiC外延層生長厚度均勻性的調(diào)整。

兩個側(cè)進氣管路通入載氣來稀釋反應腔室氛圍中的C源及Si源的濃度，降低SiC外延層的生長速率，從而達到對大面積SiC外延層生長厚度均勻性的調(diào)整。

兩個側(cè)進氣管路通入N源來提升側(cè)的N型摻雜濃度，從而達到對大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性的調(diào)整；兩側(cè)路通入Al源可以提升側(cè)的P型摻雜摻雜濃度，從而達到對大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性的調(diào)整。

所述N源為N₂，Al源為Al(CH₃)₃。

兩個側(cè)進氣管路通入蝕刻氣體以輕微降低SiC外延層的生長速率，從而達到對大面積SiC外延層生長厚度均勻性的微調(diào)整。

綜上所述，結(jié)合圖1-4所述，相對常規(guī)方法而言，本發(fā)明超摻雜均勻性大面積SiC外延層的制備方法能夠?qū)Υ竺娣eSiC外延的生長厚度均勻性進行控制，從而提升大面積SiC外延層生長厚度均勻性，還可對大面積SiC外延層(晶片)的摻雜均勻性進行控制，從而提升大面積SiC外延層摻雜濃度均勻性。

結(jié)合圖5-7所示，為一種用于上述方法的超摻雜均勻性大面積SiC外延層生長腔室結(jié)構(gòu)，其包括：碳化硅LPCVD反應腔室1、設(shè)置于碳化硅LPCVD反應腔室1中的并用于承載大面積SiC晶片22的托盤2、安裝于碳化硅LPCVD反應腔室1一側(cè)的三通導氣管路結(jié)構(gòu)3以及與三通導氣管路結(jié)構(gòu)3連接的三通進氣管路結(jié)構(gòu)4，該碳化硅LPCVD反應腔室1外側(cè)設(shè)置有用于對其加熱的加熱組件。

所述托盤2上設(shè)置承載槽21以承載一片大面積SiC晶片22，且該托盤2可均勻旋轉(zhuǎn)。

所述三通導氣管路結(jié)構(gòu)3由與碳化硅LPCVD反應腔室1連通的主導氣管路31以及兩個位于主導氣管路31兩側(cè)且相互隔絕的側(cè)導氣管路32構(gòu)成。

所述三通進氣管路結(jié)構(gòu)4包括一管主體41以及成型于管主體41前端的主進氣管路42和兩個分別位于主進氣管路42兩側(cè)的側(cè)進氣管路43，主進氣管路42和兩個側(cè)進氣管路43均與管主體41內(nèi)腔連通，該管主體41內(nèi)腔連通主導氣管路31及側(cè)導氣管路32；所述主進氣管路42與主導氣管路31對應，且主進氣管路42的尺寸大于主導氣管路31的尺寸；所述側(cè)進氣管路43與側(cè)導氣管路32對應，且側(cè)進氣管路43的尺寸小于側(cè)導氣管路32的尺寸。

所述側(cè)進氣管路43與主進氣管路42之間通過一斜面連接，以致使主進氣管路42與管主體41內(nèi)腔形成喇叭狀通道，并連通主導氣管路31及側(cè)導氣管路32，使反應源經(jīng)過三通進氣管路結(jié)構(gòu)4后，按照均等比例均勻的從三通導氣管路結(jié)構(gòu)3流入碳化硅LPCVD反應腔室1，從而調(diào)節(jié)反應腔室內(nèi)氛圍中的生長源的比例，以調(diào)整大面積SiC外延層摻雜濃度與厚度均勻性。

本發(fā)明超摻雜均勻性大面積SiC外延層生長腔室結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，并可有效調(diào)節(jié)反應腔室內(nèi)氛圍中的生長源的比例，以調(diào)整大面積SiC外延層摻雜濃度與厚度均勻性。

當然，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并非來限制本發(fā)明實施范圍，凡依本發(fā)明申請專利范圍所述構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應包括于本發(fā)明申請專利范圍內(nèi)。