降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法、结构及生长方法供气管路

摘要

本发明揭示了降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法、结构及生长方法供气管路，所述降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，包括如下步骤：S1，提供SiC衬底；S2，在所述SiC衬底上形成掺杂有N与Ti或N与V的外延缓冲层；S3，在所述外延缓冲层上形成有N﹣外延层。本方案设计精巧，通过在衬底和外延层之间设置外延缓冲层，通过对外延缓冲层中深能级缺陷掺钛或掺钒浓度的有效控制，可控降低外延缓冲层中的少子寿命，基本可以实现SiC双极型器件正向导通时遏制注入少子接近底板，从而阻止SFs扩展，防止双极型器件正向导通性能的恶化。

权利要求

1.降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，提供SiC衬底(100)；

S2，在所述SiC衬底(100)上形成掺杂有N与Ti或N与V的外延缓冲层(200)；

S3，在所述外延缓冲层(200)上形成N﹣外延层(300)。

2.根据权利要求1所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其特征在于：所述S2步骤包括如下过程：S21,将SiC衬底(100)置入化学气相沉积炉的反应室中，并使反应室内的环境达到外延缓冲层沉积的条件；

S22,设置载气源与掺杂源供应装置之间的载气供应管路(1)的第一质量流量控制器的流量为n1、设置掺杂源供应装置与反应室之间的掺杂源供应管路(2)的第二质量流量控制器的流量为n2、设置连接载气源和掺杂源供应管路(2)的浓度调节管路(3)的第三质量流量控制器的流量为n3，所述浓度调节管路(3)与掺杂源供应管路(2)的连接点位于所述第二质量流量控制器之前；设置氮源与反应室之间的氮源供应管路(4)的第四质量流量控制器的流量为n4及设置外延层源气的通入流量；

S23,导通S22中的管道，向反应室中同时通入Ti源或V源以及氮源和外延层源气并维持设定时间，在高温的SiC衬底上形成掺杂有N与Ti或N与V的外延缓冲层。

3.根据权利要求2所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其特征在于：所述S22步骤中，所述掺杂源供应装置内的掺杂源为TiCl4或VCl4。

4.根据权利要求2所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其特征在于：所述S22步骤中，n1为5～50sccm，n2为1～5sccm，n3为10～100slm,n4为50～

1000sccm。

5.根据权利要求2所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其特征在于：所述S23步骤中，所述掺杂源供应管路(2)按照1E-8～1E-5mol/min向所述反应室供应Ti源或V源。

6.根据权利要求1-5任一所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其特征在于：所述外延缓冲层(200)中Ti或V的浓度在5×1013cm-3～5×1016cm-3之间。

7.根据权利要求1-5任一所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其特征在于：所述外延缓冲层(200)的厚度在1～5微米之间。

8.根据权利要求2所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其特征在于：所述S3步骤包括如下过程，在S23步骤之后，停止向掺杂源供应装置输送载气，同时停止氮源供应，继续向反应室供应一段时间外延层源气。

9.降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构，其特征在于：由上述权利要求

1-8任一所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法制备得到，其包括依次设置的SiC衬底(100)、掺杂有N与Ti或N与V的外延缓冲层(200)及N﹣外延层(300)。

10.根据权利要求8所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构，其特征在于：所述外延缓冲层(200)的厚度在1～5微米之间。

11.根据权利要求8所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构，其特征在于：所述外延缓冲层中Ti或V的浓度在5×1013cm-3～5×1016cm-3之间。

12.根据权利要求8所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构，其特征在于：所述N﹣外延层(300)的厚度在5～100微米之间。

13.PIN二极管，其特征在于：包括权利要求9-12任一所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构。

14.化学气相沉积供气管路，其特征在于：用于权利要求1-8任一所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其包括载气源，用于供应载气；

载气供应管路(1)，连接载气源与掺杂源供应装置，其上具有第一质量流量控制器；

掺杂源供应管路(2)，连接掺杂源供应装置与混合管道，其上设置有第二质量流量控制器；

浓度调节管路(3)，连接载气源和掺杂源供应管路(2)，其上具有第三质量流量控制器，且其与掺杂源供应管路(2)的连接点位于所述第二质量流量控制器之前；

氮源供应管路(4)，连接氮源与混合管道，其上具有第四质量流量控制器；

以及外延层源气供应管路(5)，连接外延层源气及混合管道。

说明书

降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法、结

构及生长方法供气管路

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，尤其是降低碳化硅双极型器件正向导通时堆垛层错拓展的SiC外延层生长方法、SiC外延层结构、包括SiC外延层结构的PIN二极管及实现该SiC外延层生长方法的供气管路。

背景技术

[0002] 碳化硅(SiC)作为宽禁带半导体材料，和硅(Si)、砷化镓(GaAs)等半导体材料相比，具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率高、电子饱和漂移速率高等优良性质，是制造高温、高频、大功率电力电子器件及光电集成器件的关键材料。

[0003] 目前，市场上基于SiC材料的二极管器件主要以2000V以下肖特基(Schottky)二极管的单极型器件为主，不过5000V以上更高电压领域内Schottky二极管导通电阻的急剧上
升(约为电压增长的2.5次方)，SiC PiN二极管双极型器件具有更大的高压应用潜力。由于
少子注入效应的存在，SiC PiN二极管具有更大的电流导通能力和更小的比导通电阻。相比于穿通型Schottky器件，PiN二极管的漏电流更小，更易于实现高电压阻断。

[0004] 但是目前SiC双极型器件暂未实现商业化，主要原因在于SiC外延片中存在的材料缺陷。SiC商用衬底仍然存在一定密度的基平面位错(BPDs102-103cm-2)，容易成为外延层中堆垛层错(SFs)的形核点。4H-SiC双极型器件正向偏置时，电子和空穴在漂移区复合会使衬底与外延层界面的BPDs间的SFs扩展，引起器件正向偏压增加，这是造成SiC双极型器件正
向导通性能退化的主要机制。

发明内容

[0005] 本发明的目的之一就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种通过在N+衬底和N-外延层之间设置掺杂有N与Ti或N与V的缓冲层，以降低N+衬底和N-外延层之间空穴的寿命，使空穴无法抵达N+衬底，从而阻止SiC双极型器件正向导通时SFs拓展的SiC外延层结构生长方法。

[0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：

[0007] 降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，包括如下步骤：

[0008] S1，提供SiC衬底；

[0009] S2，在所述SiC衬底上形成掺杂有N与Ti或N与V的外延缓冲层；

[0010] S3，在所述外延缓冲层上形成有N﹣外延层。

[0011] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法中，所述S2步骤包括如下过程：

[0012] S21,将SiC衬底置入化学气相沉积炉的反应室中，并使反应室内的环境达到外延缓冲层沉积的条件；

[0013] S22,设置载气源与掺杂源供应装置之间的载气供应管路的第一质量流量控制器的流量为n1、设置掺杂源供应装置与反应室之间的掺杂源供应管路的第二质量流量控制器
的流量为n2、设置连接载气源和掺杂源供应管路的浓度调节管路的第三质量流量控制器的
流量为n3，所述浓度调节管路与掺杂源供应管路的连接点位于所述第二质量流量控制器之
前；设置氮源与反应室之间的氮源供应管路的第四质量流量控制器的流量为n4及设置外延
层源气的通入流量；

[0014] S23,导通S22中的管道，向反应室中同时通入Ti源或V源以及氮源和外延层源气并维持设定时间，在高温的SiC衬底上形成掺杂有N与Ti或N与V的外延缓冲层。

[0015] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法中，所述S22步骤中，所述掺杂源供应装置内的掺杂源为TiCl4或VCl4。

[0016] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法中，所述S22步骤中，n1为5～50sccm，n2为1～5sccm，n3为10～100slm,n4为50～1000sccm。

[0017] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法中，所述S23步骤中，所述掺杂源供应管路按照1E-8～1E-5mol/min向所述反应室供应Ti源或V源。

[0018] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法中，所述外延缓冲层中Ti或V的浓度在5×1013cm-3～5×1016cm-3之间。

[0019] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法中，所述外延缓冲层的厚度在1～5微米之间。

[0020] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法中，所述S3步骤包括如下过程，在S23步骤之后，停止向掺杂源供应装置输送载气，同时停止氮源供应，继续向反应室供应一段时间外延层源气。

[0021] 本方案的又一目的在于提供一种通过上述降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法制备得到的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构，其包
括依次设置的SiC衬底、掺杂有N与Ti或N与V的外延缓冲层及N﹣外延层。

[0022] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构中，所述外延缓冲层的厚度在1～5微米之间。

[0023] 优选的，所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构中，所述外延缓冲层中Ti或V的浓度在5×1013cm-3～5×1016cm-3之间。

[0024] 优选的，所述N﹣外延层的厚度在5～100微米之间。

[0025] 本方案的又一目的，在于提供一种利用所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构的PIN二极管。

[0026] 本方案的再一目的在于提供一种用于实现上述降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法的化学气相沉积供气管路，其包括：

[0027] 载气源，用于供应载气；

[0028] 载气供应管路，连接载气源与掺杂源供应装置，其上具有第一质量流量控制器；

[0029] 掺杂源供应管路，连接掺杂源供应装置与混合管道，其上设置有第二质量流量控制器；

[0030] 浓度调节管路，连接载气源和掺杂源供应管路，其上具有第三质量流量控制器，且其与源供应管道的连接点位于所述第二质量流量控制器之前；

[0031] 氮源供应管路，连接氮源与混合管道，其上具有第四质量流量控制器；

[0032] 以及外延层源气供应管路，连接外延层源气及混合管道。

[0033] 本发明技术方案的优点主要体现在：

[0034] 本方案设计精巧，通过在衬底和外延层之间设置外延缓冲层，通过对外延缓冲层中深能级缺陷掺钒(V)或掺钛(Ti)浓度的有效控制，可控降低外延缓冲层中的少子(空穴)
寿命，基本可以实现遏制少子接近底板，从而阻止SFs扩展，防止双极型器件正向导通性能的恶化。

[0035] 本方案的方法控制简单，易于实现，通过工艺参数的设计，可以灵活调整外延缓冲层中少子寿命，从而满足不同的实际应用要求，灵活性更好。

[0036] 通过对Ti或V和N元素的掺杂浓度的控制，能够最大程度的减少N+衬底和N-外延层之间少子寿命，同时最大程度的避免外延层薄膜表面缺陷的增多，极大的改善了最终SiC双极型器件的品质。

[0037] 本方案通过对管路的设计，能够通过一套管路实现外延缓冲层和外延层的按序生长，控制方便、易于实现。并且，本方案的氢气既作为掺杂源的载气，还可以作为外延层源气的载气，可以通过一条氢气供应管路实现，能够省去相应的氢气供应支路，有利于简化结
构。

附图说明

[0038] 图1是本发明的化学气相沉积炉及化学气相沉积供气管路的结构示意图；

[0039] 图2是本发明的化学气相沉积供气管路进行外延缓冲层沉积时的管路状态图(图中黑色填充的自动阀、手动阀表示其为开启状态；白色填充的自动阀、手动阀表示其为关断状态)；

[0040] 图3是本发明的化学气相沉积供气管路进行外延层沉积时的管路状态图(图中黑色填充的自动阀、手动阀表示其为开启状态；白色填充的自动阀、手动阀表示其为关断状
态)；

[0041] 图4是本发明的外延结构示意图；

[0042] 图5是本发明的外延结构的效果数据图。

具体实施方式

[0043] 本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而
形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

[0044] 在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

[0045] 下面结合附图对本发明揭示的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，其包括如下步骤：

[0046] S1，提供SiC衬底100；

[0047] S2，在所述SiC衬底100上形成掺杂有N(氮)与Ti(钛)或N与V(钒)的外延缓冲层200；

[0048] S3，在所述外延缓冲层200上形成有N﹣外延层300。

[0049] 具体制备时，通过化学气相沉积炉及与其连接的化学气相沉积供气管路进行制备，所述化学气相沉积炉可以是已知的各种化学气相沉积设备，此处为已知技术，不作赘
述；所述化学气相沉积供气管路优选采用如下结构,如附图1所示，其包括：

[0050] 载气源，用于供应载气，

[0051] 载气供应管路1，连接载气源6与掺杂源供应装置7，其上具有第一质量流量控制器；

[0052] 掺杂源供应管路2，连接掺杂源供应装置7与混合管道，其上设置有第二质量流量控制器；

[0053] 浓度调节管路3，连接载气源6和掺杂源供应管路2，其上具有第三质量流量控制器，且其与掺杂源供应管路2的连接点位于所述第二质量流量控制器之前；

[0054] 氮源供应管路4，连接氮源8与混合管道9，其上具有第四质量流量控制器；

[0055] 以及外延层源气供应管路5，连接外延层源气10及混合管道9，所述混合管道9与所述反应室20中的管道连接。

[0056] 其中，如附图1所示，所述载气源6至少包括H2，当然，所述载气源6可以是其他的各种可行的载气源，优选所述载气源包括H2和Ar，并且，所述载气源6除了用于作为所述掺杂源供应装置7中的掺杂源的输送载气外，其同时还可以作为外延层源气的输送载气，图中未示出其与外延层源气原料供应装置之间的管道。

[0057] 如附图1所示，所述掺杂源供应装置7包括水浴系统71以及位于水浴槽中的Ti源72，所述Ti源72优选为TiCl4，当然，所述掺杂源也可以是V原，例如为VCl4，下文中以Ti源为例进行说明。

[0058] 所述水浴系统71可以是已知各种可行的水浴装置，在此不再赘述，同时，所述水浴系统输出的有机金属源气体的摩尔流量满足如下公式：

[0059]

[0060] 其中，N为有机金属源气体的摩尔流量，单位mol/min，F为载气流量，单位cm3/min，P1为有机金属源的蒸汽压，P2为鼓泡瓶内气体压力，V＝22424cm3/mol。

[0061] 如附图2所示，所述载气输送管路1包括两条并联的支管11以及与两条支管11连接的主管12，一条支管11连接H2源，且其上从与H2源的连接端开始依次设置有手动阀13及气动阀14；另一条支管11连接氩气源，其上从与氩气源的连接端开始依次设置有手动阀15及气
动阀16，另外本实施例中，涉及到气动阀时，都配套有电磁阀(图中未示出)。

[0062] 如附图2所示，所述主管12延伸到所述水浴系统71的水浴槽中，且与所述水浴槽的底部贴近，所述主管12上从位于所述水域系统71的一端开始依次设置有手动阀17、气动阀
18及第一质量流量控制器19，所述第一质量流量控制器19的范围在0～50sccm之间。

[0063] 工作时，所述载气输送管路1将H2输入到所述水浴系统71中，H2将TiCl4蒸汽携带出并通过掺杂源供应管路2输送至反应室。

[0064] 如附图1、附图2所示，所述掺杂源供应管路2包括主管路21以及并联接在所述主管路21上的主输出管路22及稳压输出管路23，其中，所述主管路21包括从所述水浴系统71的
水浴槽中延伸出的主气道211，所述主气道211上从与所述水浴系统71的连接端开始依次设
置有手动阀212及气动阀213，而所述主输出管路22和稳压输出管路23均连接于所述气动阀
213后方(气体输送过程中后经过的位置为后，先经过的位置为前)的主气道211上。

[0065] 详细来说，如附图2所示，所述主输出管路22包括第一支路和第二支路，所述第一支路包括连接所述主气道211的管道221，所述管道221上由其与主气道211的连接点开始依
次设置有气动阀222、第二质量流量控制器223、气动阀224、225及手动阀226，并且，所述第二质量流量控制器223的流量调整范围在0～10sccm之间，优选在0～5sccm之间。

[0066] 如附图2所示，所述第二支路包括与所述管道221连接的输出气道227，所述输出气道227与所述管道221的连接点位于所述气动阀224、225之间，并且，由其与管道221的连接点开始，其上依次设置有气动阀228、229，所述输出气道227连接混合管道9，所述混合管道9连接所述反应室20内的出气管。

[0067] 由于整个管路需要维持稳定的压力，所述稳压输出管路23即用于对管道的压力进行调整，同时由于，稳压输出管路23输出的掺杂源气体对环境存在一定的危害性，因此，需要对其输出的掺杂源气体进行处理后才能排放，对应的，如附图2所示，所述稳压输出管路
23包括连接在所述主气道211和废气处理系统(图中未示出)连接之间的支路气道231，所述
支路气道231上从与所述主气道211连接的一端开始依次设置有气动阀232、压力流量计
233、气动阀234及手动阀235，并且，所述压力流量计233的压力调整范围为0～2000torr之间，其流量范围在0～50slm之间。

[0068] 工作时，将所述压力流量计233设置于整个管路应维持的压力值，当管道内的压力值大于所述压力流量计233的设定压力值时，所述压力流量计233对管道内的掺杂源气体进
行泻放，使管道内的压力恢复到设定值。

[0069] 另外，由于TiCl4液体气化后，在管道的输送过程中较容易液化，对应的，在所述掺杂源供应管路2的外周设置有加热带(图中未示出)，从而避免反应源液化，所述加热带可以是连续设置的，也可以是间断设置的，并且所述加热带优选是电伴热加热，当然也可以是其他的加热形式，此处不作赘述。进一步，在所述管道外还可以设置保温层，从而降低热量的散失。

[0070] 由于所述掺杂源供应管路2输出的H2和TiCl4蒸汽的混合气体中的TiCl4的浓度往往较高，且由于第一质量流量控制器的流量调整范围小，因此，TiCl4的浓度只能在一个较小范围内变化，无法满足沉积时更小的TiCl4浓度的要求，因此要降低掺杂源的浓度就需要向掺杂源供应管路2中的H2和TiCl4蒸汽的混合气体中添加H2，从而降低TiCl4的浓度。

[0071] 具体的，如附图2所示，所述浓度调节管路3包括一端连接在所述第一质量流量控制器19前端的载气输送管路的主管道上，另一端连接在所述气动阀213后方的主气道211上
的载气输送支道31，所述载气输送支道31上从与载气输送管路1连接的一端开始依次设置
有第三质量流量控制器32及单向阀33，所述单向阀33控制载气只能向所述主气道211方向
输送。

[0072] 并且，本实施中优选所述第三质量流量控制器32的流量调整范围大于所述第一质量流量控制器19的流量调整范围，具体而言，所述第三质量流量控制器32的流量调整范围
在0～100slm之间，从而可以在较大范围内调整H2和TiCl4蒸汽的混合气体中的TiCl4的浓
度。

[0073] 所述氮源供应管路4至少包括第一氮气支路41，所述第一氮气支路41包括连接氮源及混合管道的气管411，所述气管411上由其与氮源的连接点开始依次设置有气动阀412、第四质量流量控制器413、气动阀414、单向阀415、手动阀416及气动阀417，所述第四质量流量控制器413的流量调整范围在0-1000sccm之间，所述单向阀415控制氮气只能向所述混合
管道方向输送。

[0074] 进一步，所述氮源供应管路4还包括第二氮气支路42，所述第二氮气支路42包括一端连接在所述气动阀422的前端的气管道上，另一端设置在气动阀424和单向阀425之间的
气管上的支气管421，所述支气管421上设置有气动阀422。

[0075] 并且，所述气管411还与所述主气道211连接，所述气管411和主气道211的连接点位于所述单向阀415和手动阀416之间，同时，所述主气道211上还设置有位于气管411与主
气道211的连接点前方的手动阀214。

[0076] 更进一步，使用前、后或过程中需要对整个管路进行清洗，本方案优选采用吹洗的方式进行清洗，因此所述化学气相沉积供气管路还包括吹洗管路，所述吹洗管路包括第一吹洗管路、第二吹洗管路、第三吹洗管路、第四吹洗管路及第五吹洗管路，它们与所述载气输送管路、掺杂源供应管路2、浓度调节管路3以及氮源供应管路4配合形成一套清洗管路系统。

[0077] 所述第一吹洗管路包括一端连接在所述第一质量流量控制器19和气动阀18之间的主管12上，另一端连接在所述气动阀213后方的主气道211上的第一吹洗管道，所述第一
吹洗管道上设置有气动阀A。

[0078] 所述第二吹洗管路包括一端连接在所述手动阀17和气动阀18之间的主管上，另一端连接在手动阀212和气动阀213之间的主气道211上的第二吹洗管道，所述第二吹洗管道
上串接有气动阀B、C。

[0079] 所述第三吹洗管路包括一端接空，另一端连接在所述气动阀B、C之间的第二吹洗管道上的第三吹洗管道，所述第三吹洗管道上设置有手动阀D。

[0080] 所述第四吹洗管路包括一端连接在所述手动阀D和第三吹洗管道与第二吹洗管道连接点之间，另一端连接在气动阀224及输出气道227与所述管道221的连接点之间的管道
221上的第四吹洗管道，所述第四吹洗管道上从与所述主管路21连接的一端开始依次设置
有单向阀Q及气动阀E。

[0081] 所述第五吹洗管路包括一端连接在所述气动阀213后方的主气道上，另一端连接第四吹洗管道且它们的连接点位于单向阀及第四吹洗管道与第三吹洗管道连接点之间的
第五吹洗管道，所述第五吹洗管道上设置有气动阀F。

[0082] 所述外延层源气10至少包括C3H8(丙烷)和SiH4(硅烷)，它们作为反应气体反应生成外延层；同时，所述外延层源气10还包括HCl，其用于在沉积过程中进行表面处理，三种外延层源气分别通过一条支路进行供应，即所述外延层源气供应管路5包括至少三条连接外
延层源气10及混合管道9的支路，每个支路包括与混合管道9连接的管道51，所述管道51上
至少由进气端至出气端依次设置有手动阀52、气动阀53及质量流量控制器54，还可以设置
有使气体向混合管道9输出的单向阀，并且，所述管道51还可以连接用于产生外延层源气的水浴系统(图中未示出)，所述水浴系统通过管道(图中未示出)连接上述的载气源6。

[0083] 下面将具体阐述如何通过此处的化学气相沉积炉及化学气相沉积供气管路来实现上述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法，具体如下：

[0084] S1步骤，提供SiC衬底100，在对所述SiC衬底100进行沉积前，首先对其进行预处理，所述预处理包括清洗、烘干等处理，所述清洗可以是等离子清洗、超声清洗等，所述烘干可以是风干等措施；当然所述预处理还可以包括其他的处理过程，此处为已知技术，不作赘述。

[0085] 经过预处理后，即可进行外延缓冲层的生长，所述S2步骤具体包括如下过程：

[0086] S21,如附图2所示，将经过预处理的SiC衬底100置入到化学气相沉积炉的反应室20内的衬底架上，并使反应室20内的环境达到外延缓冲层沉积的条件，具体包括：

[0087] 将反应室20内抽真空，并使反应室20内的真空度维持在75torr左右。

[0088] 通过氢气对主要管道进行吹洗，具体吹洗时，先打开与氢气源连接的支路11上的手动阀13及自动阀14；打开第一吹洗管路上的气动阀A，打开主输出管路22的气动阀222、
224及第二支路上的气动阀229；打开稳压输出管路23的自动阀232、234及手动阀235；关断第二支路上的气动阀228；同时使第一质量流量控制器19的流量设置在5～50sccm之间，使
第二质量流量控制器223的流量设置为1～5sccm，使第三质量流量控制器32的流量设置在
10～100slm,使压力流量计233的流量n5设置在800±50torr之间,使第四质量流量控制器
的流量设置为0sccm；此时，氢气经过上述管道后，由VENT端排出，不进入到反应室内。

[0089] 通气一段时间后，关断气动阀A，打开主管12上的手动阀17和自动阀18；打开掺杂源供应管路2的主管路21上的手动阀212、气动阀213，其他阀门维持上述吹洗过程的状态；
此时，H2经过水浴系统并携带掺杂源(TiCl4)由管道经VENT端排出，持续此阶段的供气以稳定整个管道内的气流。

[0090] 对SiC衬底100进行加热，使SiC衬底100加热到设定的沉积温度，优选在1575±25℃之间，随后即可进行外延缓冲层200和N﹣外延层300的沉积。

[0091] S22,设置载气源与掺杂源供应装置之间的载气供应管路1的第一质量流量控制器的流量为n1、设置掺杂源供应装置与反应室之间的掺杂源供应管路2的第二质量流量控制
器的流量为n2、设置连接载气源和掺杂源供应管路2的浓度调节管路3的第三质量流量控制
器的流量为n3，且使n3大于n1和n2,所述浓度调节管路3与掺杂源供应管路2的连接点位于
所述第二质量流量控制器之前；设置氮源与反应室之间的氮源供应管路4的第四质量流量
控制器的流量为n4；设置外延层源气与反应室之间的管道4的外延层源气的通入流量，即分别设置三条供应HCl、C3H8和SiH4的支路上的质量流量控制器的输出流量，以及设置所述稳压输出管路23的压力流量计的压力为n5。

[0092] 实际操作时，根据不同的工艺要求和掺杂浓度要求，上述的各参数可以根据需要进行设置，优选，此处保持S21步骤中第一质量流量控制器19、第二质量流量控制器223、第三质量流量控制器32、压力流量计233的参数不变，即所述n1维持在5～50sccm之间，n2维持在1～5sccm之间，n3维持在10～100slm之间,n4维持在50～1000sccm之间,n5维持在800±
50torr之间。

[0093] 在一更具体的实施例中，例如所述n1在4～6sccm之间；n2为5sccm；n3为10slm,并将第四质量流量器的流量n4设置在200±10sccm之间；将输出HCl的质量流量控制器的输出
流量控制在200±3sccm之间；将输出C3H8的质量流量控制器的输出流量控制在3.5±
0.5sccm之间；将输出SiH4的质量流量控制器的输出流量控制在15±1sccm之间。

[0094] S23,如附图2所示，导通向水浴系统输送载气的管道、浓度调节管道、向反应室输送掺杂源的管道及氮气供应管路，具体的，保持与H2源连接的支路11上的手动阀13及自动
阀14处于打开状态，保持主管12上的手动阀17和自动阀18打开；保持掺杂源供应管路2的主管路21上的手动阀212、气动阀213打开；保持主输出管路22的气动阀222、224及第二支路上的气动阀229处于打开状态；保持稳压输出管路23的自动阀232、234及手动阀235处于打开
状态；将第二支路上的气动阀228打开，打开氮源供应管路4的气动阀412、414、417及手动阀
416；打开外延层源气供应管路5上的气动阀53及手动阀52；其他手动阀和自动阀保持关断
状态。

[0095] 此时，H2通入到所述水浴系统71中，载动TiCl4蒸汽进入到所述掺杂源供应管路2中并通过第二支路输送到所述混合管道9，同时，氮气通过氮源供应管路4输送到混合管道9，HCl、C3H8和SiH4分别通过各自的支路输送到所述混合管道，最终上述沉积气体通过混合管道同时进入到反应室中，并维持沉积气体供应设定时间，具体供气时间为2300±200秒，优选为40min,从而通入到反应室内的上述沉积气体在高温的SiC衬底100上反应形成掺杂有
Ti的外延缓冲层200。

[0096] 并且，在实际操作时，在开始向水浴系统输送载气和向反应室输送掺杂源之前，先导通所述HCl的供应支路以向反应室内先输送一段时间的HCl，从而HCl可以对衬底表面进行前期处理，消除一定的表面缺陷。

[0097] 在实际沉积时，控制所述掺杂源供应管路2按照1E-8～1E-5mol/min向所述反应室内供应Ti源，最终，反应生成的所述外延缓冲层200的厚度在1～5微米之间，并且，使所述外延缓冲层200中Ti的浓度在在5×1013cm-3～5×1016cm-3之间，这主要是由于发明人研究发
现：Ti掺浓度越高，对于少子寿命抑制作用更强，但是掺杂浓度太高会导致外延薄膜表面缺陷增多，因此经过大量的实验优选从而达到少子寿命抑制作用最前与表面缺陷最少的有效
统一。

[0098] 在生成所述外延缓冲层200后，执行所述S3步骤，具体是，如附图3所示，在S23步骤之后，关断气动阀18及213，从而使H2不再输送至水浴系统，及阻断水浴系统71的掺杂源输出，同时关断氮源供应管路，停止氮源供应，另外，打开气动阀A，使H2继续向反应室20输送，并且调整输出C3H8的质量流量控制器的输出流量为6±0.5sccm之间，继续向反应室内供应外延层源气，具体供气时间控制在1860±50秒之间，从而外延层源气在所述外延缓冲层200
上反应形成外延层300。

[0099] 本方案进一步揭示了降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构，由所述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层生长方法制备得到，如附图4所示，其包括SiC衬底100、掺杂有N与Ti或N与V的外延缓冲层200及N﹣外延层300。并且，所述外延缓冲层
200的厚度在1～5微米之间；所述外延缓冲层中Ti的浓度在5×1013cm-3～5×1016cm-3之间，所述外延层300的厚度在5～100微米之间，从而可以面向不同压力的耐压器件。

[0100] 如附图5所示，由于外延缓冲层中深能级缺陷掺矾(V)或掺钛(Ti)的存在，空穴密度在深度到缓冲层时基本上降低到零，从而基本可以实现遏制少子接近SiC衬底，从而阻止SFs扩展。

[0101] 本方案还揭示了一种PIN二极管，包括上述的降低双极型器件正向导通SFs拓展的SiC外延层结构，在所述N﹣外延层300上还形成有P+外延层或注入层，其还包括电极等其他结构，此处的其他结构为已知技术，不是本方案的重点，在此不作赘述。

[0102] 本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。