本發(fā)明涉及一種外延片的生長方法，尤其涉及一種減少外延片表面劃痕的方法。

背景技術(shù)：

SiC是一種適用于高溫、大功率、高頻電子器件研制的寬帶隙半導(dǎo)體材料，也是生長III-VI族化合物半導(dǎo)體的優(yōu)質(zhì)襯底。目前商業(yè)化的SiC襯底最大尺寸已經(jīng)達(dá)到了6英寸，但是由于SiC材料本身機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，導(dǎo)致其很難像硅材料那樣進(jìn)行機(jī)械或化學(xué)拋光。標(biāo)準(zhǔn)的金剛石磨料加工會造成肉眼看不見的機(jī)械損傷，SiC襯底的表面研究發(fā)現(xiàn)商業(yè)化SiC襯底表面經(jīng)常存在很多細(xì)劃痕，同時(shí)襯底下方存在10個納米左右的損傷層。

化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝是目前最佳的去除SiC襯底表面劃痕和亞損傷層的方法，很多SiC襯底供應(yīng)商都有發(fā)展其獨(dú)特的CMP工藝，但是大部分SiC襯底供應(yīng)商的CMP工藝并不能完全去除SiC襯底表面的微劃痕。外延過程中，這些微劃痕會被放大，部分劃痕還會衍生出新的外延缺陷。因此對SiC襯底進(jìn)行有效的處理，減少以及弱化襯底表面的劃痕對提高外延質(zhì)量具有非常重要的意義。

在常規(guī)的SiC外延工藝中，襯底通常在低反應(yīng)室壓力，大流量氫氣的條件下升溫至外延生長溫度，并在生長溫度下保持通入氫氣進(jìn)行原位刻蝕處理。實(shí)際上氫氣對襯底的刻蝕速率與氫氣流量以及溫度成正比關(guān)系，與反應(yīng)室壓力成反比關(guān)系。在高溫、低反應(yīng)室壓力和大流量氫氣條件下，氫氣對襯底的刻蝕速率快，且趨向各項(xiàng)異性刻蝕，缺陷處的氫氣刻蝕速率會加大，容易放大襯底表面的劃痕。相反，在較低溫度、高反應(yīng)室壓力和小流量氫氣條件下，氫氣對襯底的刻蝕速率慢，趨向各項(xiàng)同性，可以有效減少和弱化襯底表面的劃痕。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種減少外延片表面劃痕的方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種減少外延片表面劃痕的方法，包括以下步驟：

(1)將碳化硅襯底置于碳化硅外延系統(tǒng)反應(yīng)室內(nèi)的石墨基座上；

(2)利用氬氣對反應(yīng)室內(nèi)氣體進(jìn)行多次置換，然后向反應(yīng)室通入氫氣，逐漸加大氫氣流量至20～40L/min，設(shè)置反應(yīng)室的壓力為700～1000mbar，并將反應(yīng)室逐漸升溫至1400～1500℃；

(3)到達(dá)設(shè)定溫度后，保持所有參數(shù)不變，對碳化硅襯底進(jìn)行10～60分鐘原位氫氣刻蝕處理；

(4)原位氫氣刻蝕處理完成后，在5分鐘內(nèi)逐漸加大氫氣流量至60～120L/min，并降低反應(yīng)室壓力至80～200mbar，并將反應(yīng)室溫度升至生長溫度1550～1650℃；

(5)達(dá)到生長溫度后，向反應(yīng)室通入小流量的硅源和碳源，控制硅源和氫氣的流量比小于0.03％，并通入摻雜源，生長出厚度為0.5-2μm，摻雜濃度～1E18cm^-3的高摻緩沖層；

(6)采用線性緩變的方式將生長源和摻雜源的流量改變至生長外延結(jié)構(gòu)所需的設(shè)定值，根據(jù)常規(guī)工藝程序生長外延結(jié)構(gòu)；

(7)外延結(jié)構(gòu)生長完成后，關(guān)閉生長源和摻雜源，在氫氣氛圍中將反應(yīng)室溫度降至室溫，然后將氫氣排出，并通入氬氣對反應(yīng)室氣體進(jìn)行多次置換，并利用氬氣將反應(yīng)室壓力提高至大氣壓，最后開腔取片。

有益效果：本發(fā)明的方法可以減少碳化硅襯底在高溫、低反應(yīng)室壓力和大流量氫氣條件下的處理時(shí)間，避免高速以及趨于各項(xiàng)異性的氫氣刻蝕將襯底表面的劃痕放大，另一方面利用在較低溫度、高反應(yīng)室壓力和小流量氫氣條件下，采用慢速以及趨于各項(xiàng)同性的氫氣刻蝕對襯底進(jìn)行處理，可以有效減少和弱化襯底表面的劃痕，并減少外延層中由劃痕所衍生的其他外延缺陷，該方法兼容現(xiàn)有外延工藝，不需要對核心工藝參數(shù)進(jìn)行修改。

附圖說明

圖1是SiC外延片表面缺陷分析結(jié)果；

圖2是SiC外延片表面形貌分析結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明所述的減少外延片表面劃痕的方法，適用于單片式外延爐以及行星式多片碳化硅外延爐，可以有效減少外延片表面的劃痕數(shù)量，并減少外延層中由劃痕所衍生的其他外延缺陷，該方法兼容于現(xiàn)有的外延工藝，具體包括以下步驟：

(1)將碳化硅襯底置于SiC外延系統(tǒng)反應(yīng)室內(nèi)，放置于石墨基座上，石墨基座上具有碳化鉭涂層，碳化硅襯底可以選取偏向<11-20>方向4°或者8°的硅面碳化硅襯底；

(2)采用氬氣對反應(yīng)室氣體進(jìn)行多次置換，然后向反應(yīng)室通入氫氣，逐漸加大氫氣流量至20～40L/min，設(shè)置反應(yīng)室的壓力為700～1000mbar，并將反應(yīng)室逐漸升溫至1400～1500℃；

(3)到達(dá)設(shè)定溫度后，保持所有參數(shù)不變，對碳化硅襯底進(jìn)行10～60分鐘原位氫氣刻蝕處理，在慢速、各項(xiàng)同性的刻蝕工藝下有效去除襯底表面微劃痕；

(4)原位氫氣刻蝕處理完成后，在5分鐘內(nèi)逐漸加大氫氣流量至60～120L/min，盡量減少高溫、低反應(yīng)室壓力以及大流量氫氣條件下氫氣對襯底的刻蝕時(shí)間，氫氣流量最好為步驟(2)中氫氣流量的3倍，并降低反應(yīng)室壓力至正常工藝生長壓力80～200mbar，并將反應(yīng)室溫度升至生長溫度1550～1650℃；

(5)達(dá)到生長溫度后，向反應(yīng)室通入小流量的硅源和碳源，其中，硅源可以是硅烷、二氯氫硅、三氯氫硅、四氯氫硅等，碳源可以是甲烷、乙烯、乙炔、丙烷等，控制硅源和氫氣的流量比小于0.03％，調(diào)節(jié)碳源流量，控制進(jìn)氣端C/Si比為1.05，并通入氯化氫(HCl)氣體，控制Cl/Si比為2.5，并通入n型摻雜源高純氮?dú)?N₂)，或者通入p型摻雜源三甲基鋁(TMA)，生長出厚度為0.5-2μm，摻雜濃度～1E18cm^-3的高摻緩沖層；

(6)采用線性緩變(ramping)的方式改變生長源和摻雜源的流量，控制硅烷和乙烯的流量，設(shè)定SiH₄/H₂流量比為0.2％，進(jìn)氣端C/Si比為1.05，并通入氯化氫(HCl)氣體，設(shè)定進(jìn)氣端Cl/Si比為2.5，并通入5sccm的氮?dú)?，外延時(shí)間設(shè)定為30分鐘，均設(shè)定為生長外延結(jié)構(gòu)所需的設(shè)定值，根據(jù)常規(guī)工藝程序生長外延結(jié)構(gòu)，例如JBS結(jié)構(gòu)、PiN結(jié)構(gòu)、JFET結(jié)構(gòu)、MOSFET結(jié)構(gòu)和SIT結(jié)構(gòu)等；

(7)生長外延結(jié)構(gòu)完成后，關(guān)閉生長源和摻雜源，在氫氣氛圍中將反應(yīng)室溫度降至室溫，反應(yīng)室溫度降至室溫后，將氫氣排出，并通入氬氣對反應(yīng)室氣體進(jìn)行多次置換，并利用氬氣將反應(yīng)室壓力提高至大氣壓，最后開腔取片。

本發(fā)明中氫氣流量的設(shè)置適用于大型碳化硅外延設(shè)備，針對小型外延爐時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定氫氣流量。

該實(shí)施例中SiC外延片的Candela表面缺陷掃描分析結(jié)果如圖1所示，具體的表面形貌分析結(jié)果如圖2所示，通過數(shù)據(jù)可以看出，采用本專利提供的方法，可以減少碳化硅外延片表面劃痕。