减少外延片表面划痕的方法

摘要

本发明公开了一种减少外延片表面划痕的方法，包括以下步骤：(1)将碳化硅衬底置于碳化硅外延系统反应室内的石墨基座上；(2)利用氩气对反应室内气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至20～40L/min，设置反应室的压力为700～1000mbar，并将反应室逐渐升温至1400～1500℃；(3)到达设定温度后，保持所有参数不变，对碳化硅衬底进行10～60分钟原位氢气刻蚀处理。本发明的方法利用在较低温度、高反应室压力和小流量氢气条件下，采用慢速以及趋于各项同性的氢气刻蚀对衬底进行处理，可以有效减少和弱化衬底表面的划痕，并减少外延层中由划痕所衍生的其他外延缺陷，该方法兼容现有外延工艺，不需要对核心工艺参数进行修改。

权利要求

1.一种减少外延片表面划痕的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将碳化硅衬底置于碳化硅外延系统反应室内的石墨基座上；

(2)利用氩气对反应室内气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至20～40L/min，设置反应室的压力为700～1000mbar，并将反应室逐渐升温至1400～

1500℃；

(3)到达设定温度后，保持所有参数不变，对碳化硅衬底进行10～60分钟原位氢气刻蚀处理；

(4)原位氢气刻蚀处理完成后，在5分钟内逐渐加大氢气流量至60～120L/min，并降低反应室压力至80～200mbar，并将反应室温度升至生长温度1550～1650℃；

(5)达到生长温度后，向反应室通入小流量的硅源和碳源，控制进气端C/Si比为1.05，并通入HCl气体，控制Cl/Si比为2.5；控制硅源和氢气的流量比小于0.03％，并通入掺杂源，-3生长出厚度为0.5-2μm，掺杂浓度～1E18cm 的高掺缓冲层；

(6)采用线性缓变的方式将生长源和掺杂源的流量改变至生长外延结构所需的设定值，根据常规工艺程序生长外延结构；

(7)外延结构生长完成后，关闭生长源和掺杂源，在氢气氛围中将反应室温度降至室温，然后将氢气排出，并通入氩气对反应室气体进行多次置换，并利用氩气将反应室压力提高至大气压，最后开腔取片。

2.根据权利要求1所述的减少外延片表面划痕的方法，其特征在于：步骤(5)中的掺杂源为n型掺杂源氮气或p型掺杂源三甲基铝。

3.根据权利要求1所述的减少外延片表面划痕的方法，其特征在于：硅源为硅烷、二氯氢硅、三氯氢硅或四氯氢硅，碳源为甲烷、乙烯、乙炔或丙烷。

4.根据权利要求1所述的减少外延片表面划痕的方法，其特征在于：步骤(6)中所述外延结构为JBS结构、PIN结构、JFET结构、MOSFET结构或SIT结构。

5.根据权利要求1所述的减少外延片表面划痕的方法，其特征在于：步骤(4)中氢气流量为步骤(2)中氢气流量的3倍。

说明书

减少外延片表面划痕的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种外延片的生长方法，尤其涉及一种减少外延片表面划痕的方法。

背景技术

[0002] SiC是一种适用于高温、大功率、高频电子器件研制的宽带隙半导体材料，也是生长III-VI族化合物半导体的优质衬底。目前商业化的SiC衬底最大尺寸已经达到了6英寸，但是由于SiC材料本身机械强度高、化学稳定性好，导致其很难像硅材料那样进行机械或化学抛光。标准的金刚石磨料加工会造成肉眼看不见的机械损伤，SiC衬底的表面研究发现商业化SiC衬底表面经常存在很多细划痕，同时衬底下方存在10个纳米左右的损伤层。

[0003] 化学机械抛光(CMP)工艺是目前最佳的去除SiC衬底表面划痕和亚损伤层的方法，很多SiC衬底供应商都有发展其独特的CMP工艺，但是大部分SiC衬底供应商的CMP工艺并不能完全去除SiC衬底表面的微划痕。外延过程中，这些微划痕会被放大，部分划痕还会衍生出新的外延缺陷。因此对SiC衬底进行有效的处理，减少以及弱化衬底表面的划痕对提高外延质量具有非常重要的意义。

[0004] 在常规的SiC外延工艺中，衬底通常在低反应室压力，大流量氢气的条件下升温至外延生长温度，并在生长温度下保持通入氢气进行原位刻蚀处理。实际上氢气对衬底的刻蚀速率与氢气流量以及温度成正比关系，与反应室压力成反比关系。在高温、低反应室压力和大流量氢气条件下，氢气对衬底的刻蚀速率快，且趋向各项异性刻蚀，缺陷处的氢气刻蚀速率会加大，容易放大衬底表面的划痕。相反，在较低温度、高反应室压力和小流量氢气条件下，氢气对衬底的刻蚀速率慢，趋向各项同性，可以有效减少和弱化衬底表面的划痕。

发明内容

[0005] 发明目的：针对以上问题，本发明提出一种减少外延片表面划痕的方法。

[0006] 技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种减少外延片表面划痕的方法，包括以下步骤：

[0007] (1)将碳化硅衬底置于碳化硅外延系统反应室内的石墨基座上；

[0008] (2)利用氩气对反应室内气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至20～40L/min，设置反应室的压力为700～1000mbar，并将反应室逐渐升温至1400～1500℃；

[0009] (3)到达设定温度后，保持所有参数不变，对碳化硅衬底进行10～60分钟原位氢气刻蚀处理；

[0010] (4)原位氢气刻蚀处理完成后，在5分钟内逐渐加大氢气流量至60～120L/min，并降低反应室压力至80～200mbar，并将反应室温度升至生长温度1550～1650℃；

[0011] (5)达到生长温度后，向反应室通入小流量的硅源和碳源，控制硅源和氢气的流量-3比小于0.03％，并通入掺杂源，生长出厚度为0.5-2μm，掺杂浓度～1E18cm 的高掺缓冲层；

[0012] (6)采用线性缓变的方式将生长源和掺杂源的流量改变至生长外延结构所需的设定值，根据常规工艺程序生长外延结构；

[0013] (7)外延结构生长完成后，关闭生长源和掺杂源，在氢气氛围中将反应室温度降至室温，然后将氢气排出，并通入氩气对反应室气体进行多次置换，并利用氩气将反应室压力提高至大气压，最后开腔取片。

[0014] 有益效果：本发明的方法可以减少碳化硅衬底在高温、低反应室压力和大流量氢气条件下的处理时间，避免高速以及趋于各项异性的氢气刻蚀将衬底表面的划痕放大，另一方面利用在较低温度、高反应室压力和小流量氢气条件下，采用慢速以及趋于各项同性的氢气刻蚀对衬底进行处理，可以有效减少和弱化衬底表面的划痕，并减少外延层中由划痕所衍生的其他外延缺陷，该方法兼容现有外延工艺，不需要对核心工艺参数进行修改。

附图说明

[0015] 图1是SiC外延片表面缺陷分析结果；

[0016] 图2是SiC外延片表面形貌分析结果。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

[0018] 本发明所述的减少外延片表面划痕的方法，适用于单片式外延炉以及行星式多片碳化硅外延炉，可以有效减少外延片表面的划痕数量，并减少外延层中由划痕所衍生的其他外延缺陷，该方法兼容于现有的外延工艺，具体包括以下步骤：

[0019] (1)将碳化硅衬底置于SiC外延系统反应室内，放置于石墨基座上，石墨基座上具有碳化钽涂层，碳化硅衬底可以选取偏向<11-20>方向4°或者8°的硅面碳化硅衬底；

[0020] (2)采用氩气对反应室气体进行多次置换，然后向反应室通入氢气，逐渐加大氢气流量至20～40L/min，设置反应室的压力为700～1000mbar，并将反应室逐渐升温至1400～1500℃；

[0021] (3)到达设定温度后，保持所有参数不变，对碳化硅衬底进行10～60分钟原位氢气刻蚀处理，在慢速、各项同性的刻蚀工艺下有效去除衬底表面微划痕；

[0022] (4)原位氢气刻蚀处理完成后，在5分钟内逐渐加大氢气流量至60～120L/min，尽量减少高温、低反应室压力以及大流量氢气条件下氢气对衬底的刻蚀时间，氢气流量最好为步骤(2)中氢气流量的3倍，并降低反应室压力至正常工艺生长压力80～200mbar，并将反应室温度升至生长温度1550～1650℃；

[0023] (5)达到生长温度后，向反应室通入小流量的硅源和碳源，其中，硅源可以是硅烷、二氯氢硅、三氯氢硅、四氯氢硅等，碳源可以是甲烷、乙烯、乙炔、丙烷等，控制硅源和氢气的流量比小于0.03％，调节碳源流量，控制进气端C/Si比为1.05，并通入氯化氢(HCl)气体，控制Cl/Si比为2.5，并通入n型掺杂源高纯氮气(N2)，或者通入p型掺杂源三甲基铝(TMA)，生长出厚度为0.5-2μm，掺杂浓度～1E18cm-3的高掺缓冲层；

[0024] (6)采用线性缓变(ramping)的方式改变生长源和掺杂源的流量，控制硅烷和乙烯的流量，设定SiH4/H2流量比为0.2％，进气端C/Si比为1.05，并通入氯化氢(HCl)气体，设定进气端Cl/Si比为2.5，并通入5sccm的氮气，外延时间设定为30分钟，均设定为生长外延结构所需的设定值，根据常规工艺程序生长外延结构，例如JBS结构、PiN结构、JFET结构、MOSFET结构和SIT结构等；

[0025] (7)生长外延结构完成后，关闭生长源和掺杂源，在氢气氛围中将反应室温度降至室温，反应室温度降至室温后，将氢气排出，并通入氩气对反应室气体进行多次置换，并利用氩气将反应室压力提高至大气压，最后开腔取片。

[0026] 本发明中氢气流量的设置适用于大型碳化硅外延设备，针对小型外延炉时，可以根据实际情况设定氢气流量。

[0027] 该实施例中SiC外延片的Candela表面缺陷扫描分析结果如图1所示，具体的表面形貌分析结果如图2所示，通过数据可以看出，采用本专利提供的方法，可以减少碳化硅外延片表面划痕。