消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种碳化硅同质外延生长方法，可用于消除碳化娃外延面穿通缺陷，提高外延材料晶体质量。
【背景技术】
[0002]碳化硅(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温、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硅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]虽然碳化硅单晶材料已经商品化，但晶片内仍然有许多缺陷，如微管(MP)，基平面位错(BTO)，螺位错(TSD)等，同质外延生长时，这些缺陷会沿界面穿通到外延层中，降低外延材料的品质。如图1所示，碳化硅衬底中具有缺陷，外延时，缺陷沿生长面穿通到外延层中，最终导致外延层中具有与衬底贯通的缺陷。目前很少有人研究如何消除上述缺陷穿通，一般的做法是进一步提高碳化硅晶体结晶质量，减小缺陷密度。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，将碳化硅衬底外延表面的缺陷消除，进而达到防止缺陷穿通到外延层中的目的。
[0005]本发明提供一种消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，包括如下步骤:
[0006]步骤1:取一碳化硅衬底，并清洗干净；
[0007]步骤2:对衬底的表面进行腐蚀，直至显露缺陷坑；
[0008]步骤3:在衬底上制作娃层；
[0009]步骤4:升高温度使硅层熔化，使之填满缺陷坑，并使外表面平整；
[0010]步骤5:通入碳源，使熔化硅层部分转变成第一碳化硅层；
[0011]步骤6:通入碳源，使剩余的熔化硅层部分转变成第二碳化硅层；
[0012]步骤7:腐蚀，将剩余的硅层腐蚀掉，留下完整的第一、第二碳化硅层，完成制备。
[0013]本发明的有益效果是，利用熔融碱液将碳化硅衬底外延表面腐蚀的方法，可以将缺陷显露，形成腐蚀坑，随之用液硅填坑，采用液相外延生长方法进行碳化硅的同质外延生长，可以防止衬底缺陷穿通进入外延层。与现有碳化硅同质外延相比，本方法可以消除碳化硅外延面穿通缺陷，提高外延层品质，具有很大优势。此外，此有益效果也可以用于其它化合物半导体的外延生长，如半导体氮化铝(A1N)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)等的同质外延。
[0014]本发明操作简便，易于推广，并取得良好效果。
【附图说明】
[0015]为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中:
[0016]图1为现有技术中穿通缺陷示意图；
[0017]图2为本发明的制备流程图；
[0018]图3为本发明制备流程的结构示意图；
[0019]图4为本发明中衬底腐蚀后显露出的缺陷光学显微镜照片；
[0020]图5为本发明中碳化硅外延面光学显微镜照片；
[0021]图6为本发明提供的碳化娃外延层的Raman图谱。
【具体实施方式】
[0022]请参阅图2-图3所示，本发明提供一种消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，包括如下步骤:
[0023]步骤1:取一碳化硅衬底1，为4H_SiC或6H_SiC，并清洗干净。
[0024]步骤2:对衬底1的表面进行腐蚀，直至显露缺陷坑1，。其中所述表面腐蚀是采用熔融碱液，该熔融碱液是K0H或NaOH，或K0H和Na202的混合物，或NaOH和Na 202的混合物，腐蚀温度为500°C _700°C，腐蚀的时间为1-30分钟。
[0025]步骤3:在衬底1上制作硅层2。硅层2的制作工艺为:通入800°C _1350°C的硅源SiH4，SiH4采用氢气为载气和稀释气体，其中SiH4流量为1-lOsccm，氢气流量为1-lOslm，外延持续时间为1-15分钟，生长压力为l_40Torr。
[0026]步骤4:升高温度使硅层2熔化，使之填满缺陷坑1，并使外表面平整。其中所述硅层2熔化的工艺为:温度升高到1450°C -1550°C，在氩气氛下保温10-30分钟，所用氩气流量为l-5slm，所用压力为500-760Torr，并使碳化硅衬底1旋转，转速为1_10转/分钟。
[0027]步骤5:通入碳源，使熔化硅层2部分转变成第一碳化硅层3。生长工艺为:保持衬底1旋转，转速为1-10转/分钟，通入氢气，氢气的流量为l-5slm，所用压力为10-760Torr，温度为1550°C _1850°C，通入碳源C2H4或者C3HS，流量为100-500sccm，同时通入与衬底掺杂相同类型的掺杂剂，流量为10-50SCCm，持续时间为10-30分钟。
[0028]步骤6:通入碳源，使剩余的熔化硅层2部分转变成第二碳化硅层4。生长工艺为:保持衬底1旋转，转速为1-10转/分钟，通入氢气，氢气的流量为l_5slm，所用压力为10-760Torr，温度为 1550°C _1850°C，通入碳源 C2H4或者 C 3HS，流量为 100-500sccm，持续时间为10-100分钟。
[0029]步骤7:腐蚀，将剩余的硅层2腐蚀掉，留下完整的第一、第二碳化硅层3、4，完成制备。其中剩余硅层2的腐蚀工艺为:保持碳化硅衬底1旋转，转速为1-10转/分钟，所用氢气流量为l_5slm，所用压力为10-760Torr，温度为1550°C -1850°C，通入HC1气体，流量为100-500sccm，持续时间为10-100分钟。剩余硅层2的腐蚀工艺也可以为:将碳化硅衬底1浸泡在体积比为1: 1的HF和順03的混合溶液中5-30分钟。
[0030]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这些技术特征。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，但是这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。
[0031]图3示出了