本发明涉及一种能够有效降低碳化硅外延表面缺陷的生长方法，适用于单片外延炉以及行星式多片外延炉。通过采用低、高温结合的原位刻蚀衬底工艺以及高于外延温度的生长缓冲层的高温低速外延工艺，有效降低了碳化硅表面外延缺陷密度，特别是对器件性能有致命影响的缺陷，如三角形、胡萝卜位错、掉落物以及大三角形等的控制，如图1和图3所示，外延表面缺陷密度可以由2/cm2降低至0.5/cm2以下。且该方法工艺流程简单，易于操作，重复性和一致性较好，适合于批量性生产使用。
背景技术：
碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料，具有大禁带宽度、优良的稳定性、高热导率、高临界击穿场强、高饱和电子漂移速度等优良特性，是制作高温、高频、大功率和强辐射电力电子器件的理想半导体材料。与传统的硅器件相比，碳化硅材料的击穿电场比硅高一个量级，耐压是硅材料的10倍，导热率是硅材料的3倍，结温最高可达200℃，性能远远优于硅基器件。用于制作碳化硅器件的碳化硅材料通常是生长在碳化硅衬底上的碳化硅外延晶片。目前碳化硅外延生长已经实现了商业化，通常采用CVD(化学气相沉积)的方法来生长碳化硅外延晶片。
然而，由于SiC材料晶型较多、生长条件较苛刻等特点，目前用于SiC外延的衬底材料基本都是沿<11-20>方向偏4°硅面同质衬底。偏角衬底的引入可以使得外延层沿台阶面生长，进而实现晶格结构复制，大大提高外延层的结晶质量。但是，衬底材料的很多缺陷会随着外延生长逐步扩散或演化到外延层，导致SiC外延晶片表面缺陷较多，后期器件制作成品率不高，阻碍了SiC材料在电力电子器件领域的推广和应用。
因此，通过改进外延工艺，对外延层缺陷进行控制，减少外延缺陷的生成，能够有效提高SiC外延片的产出良率，对降低SiC器件的制作成本有着积极的作用。
综上所述，该外延方法通过优化原位刻蚀及缓冲层生长工艺，可大幅度降低碳化硅外延的表面缺陷。工艺兼容于常规的SiC外延工艺，具有较高的推广价值。
技术实现要素：
发明目的：针对以上问题，本发明提出了一种能够有效降低碳化硅外延表面缺陷的生长方法。
技术方案：本发明所述的一种能够有效降低碳化硅外延表面缺陷的生长方法，包括以下步骤：
第一步：选取偏向<11-20>方向4°或者8°的硅面碳化硅衬底，进行标准清洗后将衬底置于石墨基座内；
第二步：将石墨基座放入反应室内，利用氩气置换空气后，将反应室抽至真空后向反应室通入氢气，保持H2流量120～200L/min，反应室压力为100～150mbar，使用射频加热的方式，以固定的升温速度25～30℃/分钟，将反应室由室温升温至 1400℃；然后将升温速度降低至15℃/分钟，升温至比外延层生长温度高出 15～20℃的温度，恒温刻蚀8-12分钟；
第三步：向反应室通入小流量硅源和碳源，其中硅源流量为50sccm～ 120sccm，C/Si为0.8～1.2之间，通入高纯氮气(N2)，生长厚度0.5-20μm，掺杂浓度～1E18cm-3的n型缓冲层；
第四步：切断源气通入，反应室压力和氢气流量保持不变，将反应室温度由第2)和第3)步中温度降低至外延层生长温度，采用线性缓变(ramping)的方式将生长源及掺杂源的流量改变至生长外延结构所需的设定值，根据工艺程序生长外延结构；
第五步：在完成外延结构生长之后，关闭生长源和掺杂源，在氢气气氛中将反应室温度降温至室温，反应室温度达到室温后将氢气排外后，通过氩气对反应室内的气体进行多次置换，最终用氩气将反应室压力充气至大气压后，开腔取片。
适用于本发明的可用硅源包括：硅烷、二氯氢硅、三氯氢硅或四氯氢硅等；可用碳源包括：甲烷、乙烯、乙炔或丙烷等。
有益效果：本发明提出了一种能够有效降低碳化硅外延表面缺陷的生长方法，可以实现对衬底原位刻蚀和缓冲层工艺的精确调节。通过通过采用低、高温结合的原位刻蚀工艺以及高温低速的缓冲层生长工艺，大幅度降低了碳化硅外延层的表面缺陷。本发明提出的方法兼容于常规的SiC外延工艺，适用于现有商业化的单片以及多片式外延炉，具有较高的推广价值。
附图说明
图1是采用传统方法制备的碳化硅外延薄膜的表面缺陷分布示意图，衬底为沿<11-20>方向偏4°硅面。
图2是本发明升温曲线示意图。
图3是本发明制备的碳化硅外延薄膜的表面缺陷分布示意图，衬底为沿 <11-20>方向偏4°硅面。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例一：
提供的采用硅烷+丙烷+氯化氢的碳化硅薄膜生长方法，包括以下步骤：
第一步：选取偏向<11-20>方向4°的硅面碳化硅衬底，进行标准清洗后将衬底置于石墨基座内；
第二步：将这石墨基座放入反应室内，利用氩气置换空气后，将反应室抽至真空后向反应室通入氢气，保持H2流量160L/min，反应室压力为100mbar，使用射频加热的方式，以固定的升温速度25℃/分钟，将反应室由室温升温至1400℃；然后将升温速度降低至15℃/分钟，升温至1580℃，恒温刻蚀10分钟；
第三步：向反应室通入硅烷(SiH4)+丙烷+(C3H8)+氯化氢(HCl)的混合气体，设定硅烷流量50sccm，C/Si为0.9，氯化氢流量为200sccm，使用高纯氮气(N2)作为掺杂源，生长厚度1μm，掺杂浓度～1E18cm-3的n型缓冲层；
第四步：关闭硅烷、丙烷和氯化氢，反应室压力和氢气流量保持不变，将反应室温度降低至1560℃，采用线性缓变(ramping)的方式改变硅烷、丙烷流量，控制最终硅烷流量160sccm，丙烷流量控制为48sccm，氯化氢流量设定为720 sccm，待温度稳定后，将硅烷、丙烷和氯化氢通入反应室并通入高纯氮气(N2)，生长厚度～12μm，掺杂浓度～6E15cm-3的n型沟道层。
第五步：关闭生长源和掺杂源，在氢气气氛中将反应室温度降温至室温。通过氩气置换反应室内的氢气，将反应室真空抽至0mbar，维持5分钟，向反应室充入氩气至大气压，打开反应室，取出外延片。
实施例二：
提供的采用硅烷+丙烷+氯化氢的碳化硅薄膜生长方法，包括以下步骤：
第一步：选取偏向<11-20>方向4°的硅面碳化硅衬底，进行标准清洗后将衬底置于石墨基座内；
第二步：将这石墨基座放入反应室内，利用氩气置换空气后，将反应室抽至真空后向反应室通入氢气，保持H2流量180L/min，反应室压力为150mbar，使用射频加热的方式，以固定的升温速度30℃/分钟，将反应室由室温升温至1400℃；然后将升温速度降低至15℃/分钟，升温至1570℃，恒温刻蚀11分钟；
第三步：向反应室通入硅烷(SiH4)+丙烷+(C3H8)+氯化氢(HCl)的混合气体，设定硅烷流量50sccm，C/Si为1.1，氯化氢流量为200sccm，使用高纯氮气(N2)作为掺杂源，生长厚度1μm，掺杂浓度～1E18cm-3的n型缓冲层；
第四步：关闭硅烷、丙烷和氯化氢，反应室压力和氢气流量保持不变，将反应室温度降低至1550℃，采用线性缓变(ramping)的方式改变硅烷、丙烷流量，控制最终硅烷流量180sccm，丙烷流量控制为60sccm，氯化氢流量设定为800 sccm，待温度稳定后，将硅烷、丙烷和氯化氢通入反应室并通入高纯氮气(N2)，生长厚度～12μm，掺杂浓度～6E15cm-3的n型沟道层。
第五步：关闭生长源和掺杂源，在氢气气氛中将反应室温度降温至室温。通过氩气置换反应室内的氢气，将反应室真空抽至0mbar，维持5分钟，向反应室充入氩气至大气压，打开反应室，取出外延片。
实施例三：
提供的采用硅烷+丙烷+氯化氢的碳化硅薄膜生长方法，包括以下步骤：
第一步：选取偏向<11-20>方向4°的硅面碳化硅衬底，进行标准清洗后将衬底置于石墨基座内；
第二步：将这石墨基座放入反应室内，利用氩气置换空气后，将反应室抽至真空后向反应室通入氢气，保持H2流量180L/min，反应室压力为150mbar，使用射频加热的方式，以固定的升温速度30℃/分钟，将反应室由室温升温至1400℃；然后将升温速度降低至15℃/分钟，升温至1560℃，恒温刻蚀12分钟；
第三步：向反应室通入硅烷(SiH4)+丙烷+(C3H8)+氯化氢(HCl)的混合气体，设定硅烷流量100sccm，C/Si为1.2，氯化氢流量为400sccm，使用高纯氮气(N2)作为掺杂源，生长厚度1μm，掺杂浓度～1E18cm-3的n型缓冲层；
第四步：关闭硅烷、丙烷和氯化氢，反应室压力和氢气流量保持不变，将反应室温度降低至1540℃，采用线性缓变(ramping)的方式改变硅烷、丙烷流量，控制最终硅烷流量180sccm，丙烷流量控制为60sccm，氯化氢流量设定为800 sccm，待温度稳定后，将硅烷、丙烷和氯化氢通入反应室并通入高纯氮气(N2)，生长厚度～12μm，掺杂浓度～6E15cm-3的n型沟道层。
第五步：关闭生长源和掺杂源，在氢气气氛中将反应室温度降温至室温。通过氩气置换反应室内的氢气，将反应室真空抽至0mbar，维持5分钟，向反应室充入氩气至大气压，打开反应室，取出外延片。
综上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。