一种在零偏角衬底上外延碳化硅的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体技术领域，尤其设及一种在零偏角衬底上外延碳化娃的方法， 可用于消除碳化娃外延层中的相畴、晶界等缺陷，提高外延层品质。
【背景技术】
[0002] 碳化娃（4H-SiC，6H-SiC)是一种宽禁带半导体材料，它的带隙宽可达3.0~ 3. 2eV，是Si的3倍，因此，它具有高的临界击穿电场（Si的10倍），高载流子饱和浓度（Si 的2倍）等特点，另外，它还具有高热导率（Si的3倍）的特点，因此，它在军用和航天领域 的高溫、高频、大功率电力电子、光电器件方面具有优越的应用价值，并有望应用于现有的 娃基大功率器件不能胜任的场合，成为下一代电力电子半导体的关键基础材料之一。
[0003] 虽然碳化娃外延生长技术已经相对成熟，但在零偏角衬底上外延时，由于不能利 用偏角衬底所特有的"台阶流控制"生长机制，导致外延层中会产生许多相畴、晶界等缺陷， 从而降低外延材料的品质。如图1所示，零偏角碳化娃衬底表面没有微台阶，通过化学气相 沉积的方法生长外延层时，SiC分子不能依赖"台阶"扭折运种低能垒处成核，而是在整个 外延表面随机成核。各晶核各自长大，最后当它们足够大时与相临晶核合并，此时会留下相 畴、晶界等微观结构。对整个外延层来说，运是一类缺陷，导致缺陷区内材料品质下降，极大 地影响了后续的器件性能。
[0004] 目前很少有人研究如何消除上述缺陷，一般的做法是采用带一定角度的偏角衬 底，利用台阶流控制生长，减小缺陷密度。
【发明内容】
[0005](一）要解决的技术问题
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种在零偏角衬底上外延碳化娃的方法，W消 除零偏角衬底上外延层中的相畴、晶界等缺陷，达到提高外延层品质的目的。
[0007] (二）技术方案
[0008] 为达到上述目的，本发明提供了一种在零偏角衬底上外延碳化娃的方法，该方法 包括：步骤1:取一零偏角衬底并清洗；步骤2:在零偏角衬底之上外延娃层；步骤3 :升高溫 度使娃层烙化形成烙融娃层；步骤4 :通入碳源，使烙融娃层转变成碳化娃层；步骤5 :判断 碳化娃层是否达到所需厚度，如果未达到，则重复执行步骤2~步骤4 ;如果达到，则执行步 骤6;步骤6:将未转变成碳化娃层的娃层腐蚀掉，留下完整的碳化娃。
[0009] 上述方案中，步骤1中所述零偏角衬底为4H-SiC衬底、6H-SiC衬底或蓝宝石衬底。
[0010] 上述方案中，步骤1中所述零偏角衬底，其外延表面晶面指数为（OOOl)或 賴姆）。
[0011] 上述方案中，步骤2中所述在零偏角衬底之上外延娃层，具体工艺条件为：通入娃 源51电的溫度为800°(：~1350°(：，51114采用氨气为载气和稀释气体，其中81114流量为1~ lOsccm，氨气流量为1~lOslm，外延持续时间为1~5分钟，压力为1~40Torr。
[0012] 上述方案中，步骤3中所述升高溫度使娃层烙化形成烙融娃层，具体工艺条件为： 溫度升高到1450°C~1550°C，在氣气氛下保溫10~30分钟，所用氣气流量为1~5slm，所 用压力为500~760Torr，并使衬底旋转，转速为1-10转/分钟，使娃层烙化，并使外表面平 整。
[0013] 上述方案中，步骤4中所述通入碳源，使烙融娃层转变成碳化娃层，具体工艺条件 为：保持衬底旋转，转速为1-10转/分钟，将氣气切换为氨气，所用氨气流量为1~5slm， 所用压力为10~760Torr，溫度为1550°C~1850°C，通入碳源C2H4或者C3?，流量为100~ SOOsccm,持续时间为10~100分钟。
[0014] 上述方案中，步骤6中所述将未转变成碳化娃层的娃层腐蚀掉，具体工艺条件 为：保持衬底旋转，转速为1-10转/分钟，所用氨气流量为1~5slm，所用压力为10~ 760Torr，溫度为1550°C~1850°C，通入肥1气体，流量为100~SOOsccm,持续时间为10~ 100分钟。
[0015] 上述方案中，步骤6中所述将未转变成碳化娃层的娃层腐蚀掉，具体工艺条件为： 将衬底浸泡在体积比为1 : 1的HF和HN03的混合溶液中5-30分钟。
[0016] (S)有益效果
[0017] 本发明提供的在零偏角衬底上外延碳化娃的方法，利用液娃浸润碳化娃外延表 面，并将体系溫度升高，提高碳源在液娃中的溶解度，随之采用液相外延生长方法在零偏角 碳化娃衬底上进行同质外延生长，可W防止外延层中出现相畴、晶界等缺陷。与现有化学 气相沉积法进行碳化娃同质外延相比，本发明提供的在零偏角衬底上外延碳化娃的方法可 W消除缺陷，提高外延层品质，具有很大优势。此外，本发明提供的在零偏角衬底上外延 碳化娃的方法也可W用于其它化合物半导体的外延生长，如半导体氮化侣（AlN)、氮化嫁 (GaN)、氧化锋狂nO)等的同质外延。本发明操作简便，易于推广，并取得良好效果。
【附图说明】
[0018] 图1示出了现有技术中相畴缺陷的示意图；
[0019] 图2示出了本发明提供的在零偏角衬底上外延碳化娃的方法流程图；
[0020] 图3示出了本发明提供的在零偏角衬底上外延碳化娃的示意图；
[0021] 图4示出了本发明提供的外延娃层的光学显微镜照片；
[0022] 图5示出了本发明提供的碳化娃外延层的光学显微镜照片；
[0023] 图6示出了本发明提供的碳化娃外延层的Raman图谱。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明示例性的实施例进行描述。为了清楚和简要起见，实际的 实施例并不局限于说明书中所描述的运些技术特征。然而，应该理解的是，在改进任何一个 所述实际实施例的过程中，多个具体实施例的决定必须是能够实现改进人员的特定目标， 例如，遵从行业相关和商业相关的限制，所述限制随着实施例的不同而变化。而且，应该理 解的是，前述改进的效果即使是非常复杂和耗时的，但是运对于知晓本发明益处的本领域 技术人员来说仍然是常规技术手段。
[00巧]本发明提供了一种在零偏角衬底上外延碳化娃的方法，采用具有零偏角的碳化娃 衬底Si面或者C面，其对应的晶面指数分别为（OOOl)或者（0001)，低溫下通入娃源，在碳 化娃衬底表面外延一娃层；升高溫度，使娃层烙化，并使外表面平整；通入碳源，使烙融娃 层与碳反应转变成碳化娃。重复上述过程，直至所需厚度的碳化娃外延层。最后将未反应 的娃腐蚀去除，留下完整的碳化娃层。在零偏角碳化娃衬底上通过气相外延法生长同质外 延层时，通常在外延层中会产生相畴、晶界等缺陷，本发明可W消除运类缺陷，从而提高碳 化娃外延层的品质。
[0026] 如图2所示，图2示出了本发明提供的在零偏角衬底上外延碳化娃的方法流程图， 该方法包括W下步骤：
[0027] 步骤1 :取一零偏角衬底并清洗；
[0028] 在本步骤中，零偏角衬底可W采用4H-SiC衬底、6H-SiC衬底或蓝宝石衬底，其外 延表面晶面指数为（OOOl)或I桃的S。
[0029] 步骤2 :在零偏角衬底之上外延娃层；
[0030] 在本步骤中，在零偏角衬底之上外延娃层，采用的具体工艺条件为：通入娃源Si& 的溫度为800°(：~1350°(：，51电采用氨气为载气和稀释气体，其中81114流量为1~1〇3(3畑1， 氨气流量为1~lOslm，外延持续时间为1~5分钟，压力为1~40Torr。
[0031] 步骤3 :升高溫