一种碳化硅外延设备及外延生长方法与流程

本申请涉及外延生长，具体地涉及一种碳化硅外延设备及外延生长方法。

背景技术：

1、碳化硅(下称sic)作为第三代半导体材料的典型代表，具有宽禁带宽度、高击穿电场、高导热率、高电子饱和速率以及强抗辐射能力等特点，因此在高温、高压以及高频等领域展示出广泛的应用前景。

2、目前，sic外延方法主要有化学气相外延(cvd)、液相外延生长(lpe)、分子束外延(mbe)和磁控溅射等。其中，应用最广、最成熟的sic外延技术当数化学气相沉积(cvd)，根据气流方向不同，cvd又可分为水平式和垂直式，外延片的片内厚度和掺杂浓度均匀性是影响碳化硅器件性能的关键参数，生长源和掺杂源沿气流方向的耗尽方式不同，是导致外延片片内厚度和浓度的不均匀性的根本原因，一般来说，生长源耗尽方式接近于线性耗尽，因此通过引进基座旋转可消除厚度不均匀性。而掺杂源的耗尽方式更加接近于非线性耗尽(指数型耗尽、二次函数型耗尽)，即使引入基座旋转依然不能消除掺杂浓度不均匀的问题。

技术实现思路

1、为克服上述缺点，本申请的目的在于：提供一种碳化硅外延设备及外延生长方法，使外延片表面保持较低的缺陷密度的同时可以显著改善外延片片内掺杂浓度均匀性。

2、为了达到以上目的，本申请采用如下技术方案：

3、一种碳化硅外延设备，其包括：

4、成膜装置，

5、所述成膜装置包括：

6、反应腔；

7、喷淋组件，其配置于所述反应腔的顶部侧，所述喷淋组件包括沿其轴向配置的复数透气孔，所述透气孔包括：复数第一气孔、套设于所述第一气孔并位于其外侧的第二气孔及吹扫气气孔，且所述吹扫气气孔位于最外侧，所述吹扫气气孔的中心的组合呈圆形；通过这样的设计，在工艺时调整喷淋组件的吹扫气和生长源包裹气的流量可对反应腔内的生长源气的分布产生影响，从而达到调整外延片片内掺杂浓度均匀性和厚度均匀性的目的。

8、托盘组件，其配置于所述反应腔的底部侧并与所述喷淋组件相对设置，所述托盘组件放置于支撑部件上，所述支撑部件连接至旋转驱动部件，

9、基于所述旋转驱动部件的驱动带动支撑部件旋转，使得其上的托盘组件旋转，托盘组件旋转带动其上的衬底旋转。

10、在一实施方式中，所述第一气孔与其外侧的第二气孔同心或同轴设置。

11、在一实施方式中，在所述喷淋组件的径向上所述第二气孔依次等间距分布。

12、在一实施方式中，在所述喷淋组件的径向上，离圆心的距离相同的所述第二气孔的中心的组合呈圆形。

13、在一实施方式中，该喷淋组件经管路连接至气体供给部，所述管路上配置有流量阀，所述流量阀用于调整流入反应腔的气体的流量。

14、本申请实施例提出一种利用上述碳化硅外延设备的外延生长方法，包括如下步骤：

15、衬底原位刻蚀阶段，基于喷淋组件向反应腔内通入氢气，并将其流量调至50-150slm并维持流量恒定，同时利用加热器将反应腔内的温度加热至1600-1680℃，维持温度恒定并持续第一预设时间，利用氢气对衬底的表面进行原位刻蚀；

16、缓冲层生长阶段，基于喷淋组件向反应腔内通入工艺气体进行缓冲层生长，所述工艺气体包括碳源气体、硅源气体、氯化氢及掺杂气体，在缓冲层生长过程中，引入c/si比始终介于0.5-1.2，cl/si比介于2-12，

17、主体层生长阶段，在缓冲层的基础上，保持硅源气体以及氯化氢气体的流量不变，调整碳源气体流量使引入c/si比始终介于0.6-1.3，cl/si比介于2-12，直至生长出预定厚度的主体层。

18、在一实施方式中，该外延生长方法中，

19、在缓冲层生长阶段硅源气体的流量介于300-600sccm，碳源气体的流量介于50-200sccm，氯化氢的流量介于600-6000sccm。

20、在一实施方式中，该外延生长方法中，

21、主体层生长阶段基于喷淋组件调整通入的吹扫气和/或生长源包裹气的流量。

22、在一实施方式中，该外延生长方法中还包括基于旋转驱动部件调整衬底的转速。

23、在一实施方式中，外延生长方法中还包括衬底取出阶段，停止向反应腔内通入工艺气体(生长源气体和掺杂源)，在氢气气氛中将反应腔内的温度降至取盘温度，将托盘组件取出。

24、有益效果

25、本申请实施方式提出的一种碳化硅外延生长方法，该方法利用生长源外侧设置的包裹气以及喷淋头最外侧设置的吹扫气，保护生长源以避免掉落物的影响，使外延片表面保持较低的缺陷密度。另外，在外延生长时通过改变包裹气和/或吹扫气的流量大小可以调节生长源在反应腔内的分布，从而大幅改善外延片片内掺杂浓度均匀性。较佳的喷淋组件的径向上包裹气部件等间距设置。

技术特征：

1.一种碳化硅外延设备，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种碳化硅外延设备，其特征在于，

3.如权利要求1或2所述的一种碳化硅外延设备，其特征在于，

4.如权利要求3所述的一种碳化硅外延设备，其特征在于，

5.如权利要求1所述的一种碳化硅外延设备，其特征在于，

6.一种利用如权利要求1-5中任一项所述碳化硅外延设备的外延生长方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的外延生长方法，其特征在于，

8.如权利要求6所述的外延生长方法，其特征在于，

9.如权利要求6所述的外延生长方法，其特征在于，所述碳源为乙烯或者丙烷中的一种；所述硅源为硅烷或者三氯氢硅(tcs)中的一种；所述掺杂气体选自n2或tma。

10.如权利要求6所述的外延生长方法，其特征在于，还包括

技术总结
本申请公开一种碳化硅外延设备及外延生长方法。该外延设备包括有反应腔；喷淋组件，其配置于所述反应腔的顶部侧，所述喷淋组件包括沿其轴向配置的复数气孔，所述透气孔包括：复数第一气孔、包裹所述第一气孔并位于其外侧的第二气孔及吹扫气气孔，且所述吹扫气气孔位于最外侧，所述吹扫气气孔的中心的组合呈圆形；托盘组件，其配置于所述反应腔的底部侧并与所述喷淋组件相对设置，托盘组件放置于支撑部件上，所述支撑部件连接至旋转驱动部件，基于所述旋转驱动部件的驱动带动支撑部件旋转，使得其上的托盘组件旋转，托盘组件旋转带动其上的衬底旋转。通过调整第二气孔和/或吹扫气气孔气体流量改变外延片中心实际C/Si比以及边缘实际C/Si比，从而大幅提高掺杂浓度均匀性。

技术研发人员：张广辉,蒲勇,李达,卢勇,布丛郝,徐玉田
受保护的技术使用者：芯三代半导体科技（苏州）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29