一種控制摻雜源流量n型重摻雜碳化硅薄膜外延制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制摻雜源流量N型重摻雜碳化硅薄膜外延制備方法，所述制備方法包括以下步驟：(1)將碳化硅襯底放置到碳化硅CVD設備的反應室中，將反應室抽成真空；(2)向反應室通入H2直至反應室氣壓到達100mbar，保持反應室氣壓恒定，再將H2流量逐漸增至60L/min，繼續(xù)向反應室通氣；(3)打開高頻線圈感應加熱器RF，逐漸增大該加熱器的功率，當反應室溫度升高逐漸至1400℃進行原位刻蝕；(4)當反應室溫度到達到1580℃-1600℃時，保持溫度和壓強恒定，向反應室通入C3H8和SiH4；將高純N2用作N型摻雜源通入反應室中；當?shù)谝粚覰型摻雜層生長結束后，停止向反應室通入SiH4、C3H8和高純N2并保持1min，其間調整高純N2流量；之后繼續(xù)向反應室通入SiH4、C3H8和高純N2生長第二層N型摻雜層。
【專利說明】一種控制摻雜源流量N型重摻雜碳化硅薄膜外延制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體器件制造【技術領域】，尤其涉及一種利用現(xiàn)有的碳化硅材料MOCVD生長工藝，制備N型梯度重摻雜碳化硅外延層的方法。
【背景技術】
[0002]碳化硅具有寬帶隙、高導熱率、高擊穿強度、高電子飽和漂移速度、高的硬度等優(yōu)點，也有著很強的化學穩(wěn)定性。這些優(yōu)良的物理和電學性能使碳化硅在應用上具有很多優(yōu)勢。禁帶寬使得碳化硅本征載流子在高溫下仍能保持較低的濃度，因而能工作在很高的溫度下。高擊穿場強使碳化硅可以承受高電場強度，這使得碳化硅可以用于制作高壓，高功率的半導體器件。高熱導率使碳化硅具有良好的散熱性，有助于提高器件的功率密度和集成度、減少附屬冷卻設施，從而使系統(tǒng)的體積和重量大大地降低、效率則大大地提高，這對于開發(fā)空間領域的電子器件極具優(yōu)勢。碳化硅的飽和電子遷移速度很高，這一特性也使它可以用于射頻或者微波器件，從而提高器件工作速度。
[0003]碳化硅材料的載流子濃度是材料和器件的基本電學參數(shù)。這一參數(shù)通過材料摻雜控制來實現(xiàn)。因此，碳化硅外延材料的摻雜是器件制備中的關鍵工藝之一。然而，由于碳化硅的鍵強度高，器件制作工藝中的摻雜不能采用擴散工藝，只能利用外延控制摻雜和高溫離子注入摻雜。高溫離子注入會造成大量晶格損傷，形成大量晶格缺陷，即使退火也很難完全消除，嚴重影響了器件的性能，且離子注入效率很低，因而不適合做大面積摻雜。同時，在制備一些多層結構的半導體器件時，需要外延層縱向摻雜濃度的梯度可控。只有通過合理調整生長參數(shù)，生長出摻雜達到預定要求的外延層，才能制作出性能符合要求的器件，因而碳化硅外延層的梯度摻雜控制是目前器件制造中的一個很大的難點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種N型梯度重摻雜碳化硅外延層的制備方法，利用碳化硅的CVD設備，制備出縱向摻雜濃度梯度可控的碳化硅外延層，滿足了制備梯度重摻雜外延層的要求。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制備方法包括以下步驟。
[0006](I)將碳化硅襯底放置到碳化硅CVD設備的反應室中，將反應室抽成真空；
[0007](2)向反應室通入H2直至反應室氣壓到達lOOmbar，保持反應室氣壓恒定，再將H2流量逐漸增至60L/min，繼續(xù)向反應室通氣；
[0008](3)打開高頻線圈感應加熱器RF，逐漸增大該加熱器的功率，當反應室溫度升高逐漸至1400°C進行原位刻蝕；
[0009](4)當反應室溫度到達到1580°C _1600°C時，保持溫度和壓強恒定，向反應室通入C3H8和SiH4 ;將高純N2用作N型摻雜源通入反應室中。當?shù)谝粚覰型摻雜層生長結束后，停止向反應室通入SiH4、C3H8和高純N2并保持lmin，其間調整高純N2流量。之后繼續(xù)向反應室通入SiH4、C3H8和高純N2生長第二層N型摻雜層。
[0010](5)當達到設定的外延生長時間后，停止生長，在反應室繼續(xù)通入氫氣，使襯底片在龜!氣流中降溫；
[0011](6)當溫度降低到700°C以下后，再次將反應室抽成真空，然后緩慢充入氬氣，使襯底片在氬氣環(huán)境下自然冷卻到室溫。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0013]1.本發(fā)明采用高純N2作為摻雜源，摻入的鋁原子能有效的替換碳化硅材料中C原子，形成替位雜質，相對于離子注入工藝，制備的重摻雜碳化硅材料晶格完整，缺陷少，有利于提聞器件性能。
[0014]2.本發(fā)明采用碳化娃的CVD外延設備,在碳化娃襯底或已有外延層的碳化襯底進行外延，通過生長參數(shù)控制縱向摻雜濃度，可連續(xù)生長不同重摻雜濃度的N型外延層，使器件的制備工藝簡化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]通過參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的以上和其它方面及優(yōu)點將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0016]圖1是本發(fā)明技術方案的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0017]在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了各種實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領域技術人員。
[0018]以下參照附圖1，對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細描述，以下給出兩種實施例。
[0019]實施例1
[0020]步驟一，將碳化硅襯底放置到碳化硅CVD設備的反應室中。
[0021](1.1)選取偏向￡1^0]晶向4°的4H碳化硅襯底，放置到碳化硅CVD設備的反應室中;
[0022](1.2)將反應室抽真空，直到反應室氣壓低于I X 10_7mbar。
[0023]步驟二，在氫氣流中加熱反應室。
[0024](2.1)打開通向反應室的氫氣開關，控制氫氣流量逐漸增大到60L/min ；
[0025](2.2)打開真空泵抽取反應室的氣體，保持反應室氣壓在10mbar ；
[0026](2.3)逐漸調大加熱源功率，使反應室溫度緩慢升高。
[0027]步驟三，對襯底進行原位刻蝕。
[0028](3.1)當反應室溫度達到1400°C以后，保持反應室溫度恒定進行10分鐘的原位刻蝕。
[0029]步驟四，設置生長條件，開始生長碳化硅外延層。
[0030](4.1)當反應室溫度達到1580°C下，保持反應室溫度和壓強恒定；
[0031](4.3)打開C3H8、SiH4和高純N2的開關，向反應室中通入流量為7mL/min的C3H8、流量為21mL/min的SiH4和流量為1000mL/min的高純N2,開始生長碳化硅外延層NI，生長時間為20min。之后關閉C3H8、SiH4和高純N2的開關lmin，其間將高純N2流量設置為2000mL/min。打開C3H8、SiH4和高純N2的開關，向反應室中通入流量為7mL/min的C3H8、流量為21mL/min的SiH4和流量為2000mL/min的高純N2,開始生長碳化硅外延層N2，生長時間為20min。
[0032]步驟五，在氫氣流中冷卻襯底。
[0033](5.1)當外延層N2生長結束后，關閉C3H8、SiH4和高純N2的開關，停止生長；
[0034](5.2)設置通向反應室的氫氣流量為20L/min，保持反應室氣壓為lOOmbar，使長有碳化娃外延層的襯底在氫氣流中冷卻25min ；
[0035](5.3)將反應室氣壓升高到700mbar，在氫氣流中繼續(xù)冷卻。
[0036]步驟六，在氬氣中冷卻襯底。
[0037](6.1)當反應室溫度降低到700°C以后，關閉通向反應室的氫氣開關；
[0038](6.2)將反應室抽真空，直到氣壓低于I X 1^mbar ；
[0039](6.3)打開氬氣開關，向反應室通入流量為12L/min的氬氣，使長有碳化硅外延層的襯底在氬氣環(huán)境下繼續(xù)冷卻30min ；
[0040](6.4)緩慢提高反應室氣壓到常壓，使襯底自然冷卻至室溫，取出碳化硅外延片。
[0041]實施例2
[0042]步驟一，將碳化硅襯底放置到碳化硅CVD設備的反應室中。
[0043](1.1)選取偏向[I 1?)]晶向8°的4H碳化硅襯底，放置到碳化硅CVD設備的反應室中;
[0044](1.2)將反應室抽真空，直到反應室氣壓低于I X 10_7mbar。
[0045]步驟二，在氫氣流中加熱反應室。
[0046](2.1)打開通向反應室的氫氣開關，控制氫氣流量逐漸增大到60L/min ；
[0047](2.2)打開真空泵抽取反應室的氣體，保持反應室氣壓在10mbar ；
[0048](2.3)逐漸調大加熱源功率，使反應室溫度緩慢升高。
[0049]步驟三，對襯底進行原位刻蝕。
[0050](3.1)當反應室溫度達到1400°C以后，向反應室中通入流量為7mlL/min的C3H8,保持反應室溫度恒定進行10分鐘的原位刻蝕。
[0051]步驟四，設置生長條件，開始生長碳化硅外延層。
[0052](4.1)當反應室溫度達到1580°C下，保持反應室溫度和壓強恒定；
[0053](4.3)打開SiH4和高純N2的開關，向反應室中通入流量為21mL/min的SiH4和流量為lOOOmL/min的高純N2,開始生長碳化硅外延層NI，生長時間為20min。之后關閉C3H8、SiH4和高純N2的開關lmin，其間將高純N2流量設置為2000mL/min。打開C3H8、SiH4和高純N2的開關，向反應室中通入流量為7mL/min的C3H8、流量為21mL/min的SiH4和流量為2000mL/min的三甲基鋁，開始生長碳化硅外延層N2，生長時間為20min。
[0054]步驟五，在氫氣流中冷卻襯底。
[0055](5.1)當外延層N2生長結束后，關閉C3H8、SiH4和高純N2的開關，停止生長；
[0056](5.2)設置通向反應室的氫氣流量為20L/min，保持反應室氣壓為lOOmbar，使長有碳化娃外延層的襯底在氫氣流中冷卻25min ；
[0057](5.3)將反應室氣壓升高到700mbar，在氫氣流中繼續(xù)冷卻。
[0058]步驟六，在氬氣中冷卻襯底。
[0059](6.1)當反應室溫度降低到700°C以后，關閉通向反應室的氫氣開關；
[0060](6.2)將反應室抽真空，直到氣壓低于I X 1^mbar ；
[0061](6.3)打開IS氣開關，向反應室通入流量為12L/min的IS氣,使長有碳化娃外延層的襯底在氬氣環(huán)境下繼續(xù)冷卻30min ；
[0062](6.4)緩慢提高反應室氣壓到常壓，使襯底自然冷卻至室溫，取出碳化硅外延片。
[0063]以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明可以有各種合適的更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種控制摻雜源流量N型重摻雜碳化硅薄膜外延制備方法，其特征在于: 所述制備方法包括以下步驟: (1)將碳化硅襯底放置到碳化硅CVD設備的反應室中，將反應室抽成真空； (2)向反應室通入H2直至反應室氣壓到達lOOmbar，保持反應室氣壓恒定，再將H2流量逐漸增至60L/min，繼續(xù)向反應室通氣； (3)打開高頻線圈感應加熱器RF，逐漸增大該加熱器的功率，當反應室溫度升高逐漸至1400°C進行原位刻蝕； (4)當反應室溫度到達到1580°C-1600°C時，保持溫度和壓強恒定，向反應室通入C3H8和SiH4 ;將高純N2用作N型 摻雜源通入反應室中；當?shù)谝粚覰型摻雜層生長結束后，停止向反應室通入SiH4、C3H8和高純N2并保持lmin，其間調整高純N2流量；之后繼續(xù)向反應室通入SiH4, C3H8和高純N2生長第二層N型摻雜層； (5)當達到設定的外延生長時間后，停止生長，在反應室繼續(xù)通入氫氣，使襯底片在氫氣流中降溫； (6)當溫度降低到700°C以下后，再次將反應室抽成真空，然后緩慢充入氬氣，使襯底片在氬氣環(huán)境下自然冷卻到室溫。
【文檔編號】C30B29/36GK104131335SQ201410349940
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權日:2014年7月22日
【發(fā)明者】王悅湖, 胡繼超, 宋慶文, 張藝蒙, 張玉明 申請人:西安電子科技大學