碳化硅外延晶片及其制备方法
【专利摘要】根据一个实施方案，提供一种制造外延晶片的方法，其包括：在衬托器中准备晶片；以及在所述晶片上生长外延层，其中所述在所述晶片上生长外延层包括将原料供给到所述衬托器中；在所述晶片上以第一生长速度生长所述外延层；以及在所述晶片上以比所述第一生长速度更高的第二生长速度生长所述外延层。根据一个实施方案，提供一种碳化硅外延晶片，其包含碳化硅晶片；和所述碳化硅晶片上的碳化硅外延层，其中在所述碳化硅外延层上形成的表面缺陷为1ea/cm2以下。
【专利说明】碳化硅外延晶片及其制备方法
【技术领域】
[0001] 实施方式涉及一种碳化硅外延晶片及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 通常，在用于在衬底或晶片上形成各种薄膜的技术中，已经广泛使用了 CVD(化学 气相沉积）方案。CVD方案导致化学反应。根据CVD方案，通过使用源材料的化学反应在晶 片表面上形成半导体薄膜或绝缘层。
[0003] 由于半导体器件的精细度和高功率且高效率的LED的发展，作为重要的薄膜形成 技术，CVD方案和CVD装置已经备受关注。近来，已经将CVD方案用于在晶片上沉积各种薄 膜如硅层、氧化物层、氮化硅层、氮氧化硅层或钨层。
[0004] 例如，为了在衬底或晶片上沉积碳化硅薄膜，需要引入能够与晶片反应的反应原 料。根据相关技术，通过如下沉积碳化硅外延层：引入充当标准前体的硅烷（SiH 4)和乙烯 (C2H4)或者作为原料的甲基三氯硅烷（MTS)，对原料进行加热以产生中间化合物如CH 3或 SiClx，并且引入中间化合物以使中间化合物与设置在衬托器中的晶片发生反应。
[0005] 然而，当在碳化硅上沉积外延层时，可能在晶片上造成缺陷或表面粗糙度。晶片的 缺陷或表面粗糙度可能降低碳化硅外延晶片的品质。
[0006] 因此，需要能够克服晶片的缺陷或表面粗糙度的碳化硅外延晶片及其制造方法。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 实施方式提供一种制造碳化硅外延晶片的方法和通过所述方法制造的碳化硅外 延晶片，所述方法能够通过减少碳化硅外延晶片的表面缺陷和表面粗糙度而制造高品质碳 化娃外延晶片。
[0009] 技术方案
[0010] 根据实施方式，提供一种制造外延晶片的方法，所述方法包括：在衬托器中准备晶 片；和在所述晶片上生长外延层，其中所述在所述晶片上生长外延层包括将包含碳、硅和氯 的原料供给到所述衬托器中；在所述晶片上以第一生长速度生长所述外延层；以及在所述 晶片上以比所述第一生长速度更高的第二生长速度生长所述外延层。
[0011] 根据实施方式，提供一种碳化硅外延晶片，其包含碳化硅晶片；和所述碳化硅晶片 上的碳化硅外延层，其中在所述碳化硅外延层上形成的表面缺陷为lea/cm2以下。
[0012] 有益效果
[0013] 根据实施方式的制造碳化硅外延晶片的方法，在沉积碳化硅外延层的方法中，在 改变生长速度为第一生长速度和比第一生长速度更高的第二生长速度的同时沉积碳化硅 外延层。
[0014] 在以第一生长速度生长外延层的步骤中，可以减少在晶片上存在的表面缺陷。通 常，在碳化硅晶片上存在具有微米尺寸（ym)的称作微管的缺陷。由于在晶片上生长碳化 硅外延层时这种缺陷在碳化硅外延层上造成缺陷，所以劣化了最终的碳化硅外延晶片的品 质并且如果将这种碳化硅外延层应用于功率器件，则降低了功率器件的效率。
[0015] 根据实施方式的制造碳化硅外延晶片的方法，将生长速度设定为第一和第二生长 速度。在以第一生长速度除去在晶片上存在的微管之后，以第二生长速度沉积碳化硅外延 层，从而可以减少在最终的碳化硅外延晶片上存在的微管。
[0016] 因此，可以将在碳化硅外延晶片上存在的微管减少99%以上，从而可以将所述碳 化硅外延晶片用作高品质且高效率的电子器件。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1和2是示出根据实施方式的制造碳化硅外延晶片的方法的流程图；以及
[0018] 图3?5是为了示出根据实施方式的制造碳化硅外延晶片的方法的衬托器的图， 其中图3是根据实施方式的沉积装置的分解透视图，图4是沉积装置的透视图，且图5是沿 图4的线1-1'所取的截面图。
【具体实施方式】
[0019] 在实施方案的描述中，应理解，当将层（或膜）、区域、图案或结构称为在另一个衬 底、另一个层（或膜）、另一个区域、另一个垫或另一个图案"之上"或"之下"时，其可以"直 接"或"间接"地在另一个衬底、层（或膜）、区域、垫或图案之上，或者也可以存在一个或多 个中间层。已经参考图描述了所述层的这样的位置。
[0020] 出于方便或清楚的目的，图中示出的各个层（或膜）、各个区域、各个图案或各个 结构的厚度和尺寸可以被扩大、省略或者示意性绘出。另外，元件的尺寸不绝对地反应真实 尺寸。
[0021] 在下文中，将参考图1?4描述根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法。
[0022] 图1和2是示出根据实施方案的制造碳化娃外延晶片的方法的流程图。图3?5 是为了示出根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法的衬托器的分解透视图、透视图和 截面图。
[0023] 参考图1，根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法包括：在衬托器中准备晶 片的步骤STlO ;和在晶片上生长碳化硅外延层的步骤ST20。
[0024] 在衬托器中准备晶片的步骤STlO中，可以将晶片放置在位于室中的衬托器中。 艮P，根据本实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法可以为制造碳化硅外延晶片的方法。
[0025] 然后，在晶片上生长碳化硅外延层的步骤ST20中，将原料供给到衬托器中，使得 可以在晶片上生长碳化硅外延层。
[0026] 另外，参考图2,在晶片上生长碳化硅外延层的步骤ST20包括：将反应原料供给到 衬托器中的步骤ST100 ;在晶片上以第一生长速度生长外延层的步骤ST200 ;和以第二生长 速度在晶片上生长外延层的步骤ST300。
[0027] 在将反应原料供给到衬托器中的步骤ST100中，将包含碳、硅和氯的反应原料供 给到衬托器中。详细地，反应原料可以包括含有碳和硅的液体原料、气体原料或固体原料。 液体原料可以包含甲基三氯硅烷（MTS)或三氯硅烷（TCS)。另外，气体原料可以包含SiH 4、 C2H4和HCl，或者SiH4、C3H 8和HCl。气体原料可以进一步包含H2作为载气。
[0028] 第一生长速度可以与第二生长速度不同。优选地，第二生长速度可以高于第一生 长速度。另外，在晶片上以第一生长速度生长外延层的步骤ST200和在晶片上以比第一生 长速度更高的第二生长速度生长外延层的步骤ST300可以依次进行。
[0029] 第一生长速度可以为约IOym/小时以上。优选地，第一生长速度可以为约IOym/ 小时?约20 μ m/小时。
[0030] 另外，第二生长速度可以高于第一生长速度。详细地，第二生长速度可以为约 30 μ m/小时。即，第二生长速度可以比第一生长速度高约IOym/小时以上。
[0031] 可以根据供给到衬托器中的原料的量、原子之间的各比率以及衬托器中的温度和 压力来控制第一和第二生长速度。
[0032] 根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法可以通过控制供给到衬托器中的原 料的量来改变第一和第二生长速度。详细地，在晶片上以第一生长速度生长外延层的步骤 ST200中，可以减少供给到衬托器中的反应原料的量。在晶片上以第二生长速度生长外延层 的步骤ST300中，可以增加供给到衬托器中的反应原料的量。即，在晶片上以第二生长速度 生长外延层的步骤ST300中供给到衬托器中的反应原料的量，比在晶片上以第一生长速度 生长外延层的步骤ST200中供给到衬托器中的反应原料的量更多。
[0033] 另外，在晶片上以第一生长速度生长外延层的步骤ST200中，对包含在反应原料 中的原子之间的比率进行控制。即，当在将原料供给到衬托器中之后对衬托器加热时，将原 料离子化成包含碳（C)、硅（Si)和氢（H)的中间化合物。在这种情况下，在以第一生长速度 生长外延层的步骤中，碳原子数对硅原子数的比率（C/Si比）可以为0. 7?1. 5且硅原子 对氢气分子的百分比（Si/H2比）可以为0.01%以上。
[0034] 在以第一生长速度生长外延层的步骤ST200中，可以减少在晶片上存在的表面缺 陷。通常，在碳化硅晶片上存在具有微米尺寸（ym)的称作微管的缺陷。由于在晶片上生 长碳化硅外延层时这种缺陷在碳化硅外延层上造成缺陷，所以劣化了最终的碳化硅外延晶 片的品质并且如果将所述碳化硅外延层应用于功率器件，则降低了功率器件的效率。
[0035] 因此，根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法，将生长速度设定为第一和第 二生长速度。在以第一生长速度除去在晶片上存在的微管之后，以第二生长速度沉积碳化 硅外延层，从而可以减少在最终的碳化硅外延晶片上存在的微管。优选地，可以将在碳化硅 外延晶片上存在的微管减少99%以上。因此，减少了根据实施方案的制造碳化硅外延晶片 的方法最终制造的碳化娃外延晶片的表面缺陷，从而可以制造商品质的碳化娃外延晶片。
[0036] 在以第二生长速度在晶片上生长外延层的步骤ST300中，在除去在晶片上存在的 微管之后，可以在晶片上沉积碳化硅外延层。
[0037] 在晶片上沉积碳化硅外延层的步骤中，可以通过包含衬托器的沉积装置在晶片上 沉积碳化硅外延层。
[0038] 图3?5是示出根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法的分解透视图、透视 图和截面图。
[0039] 参考图3?5,沉积装置包含室10、衬托器20、源气体管道40、晶片保持架30和感 应线圈50。
[0040] 室10可以具有圆柱形管状。同时，室10可具有矩形盒状。室10可以容纳衬托器 20、源气体管道40和晶片保持架30。
[0041] 室10的两端可以密封，且室10可以防止外部气体被引入到室10中，从而保持真 空度。室10可以包含表现优异的机械强度和优异的化学耐受性的石英。室10可以具有提 高的抗热性。
[0042] 另外，可以在室10中进一步设置绝热部分60。绝热部分60可以在室10中保存 热。构成绝热部分60的材料可以包括氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或石墨。
[0043] 衬托器20设置在室10中。衬托器20容纳原料气体管道40和晶片保持架30。衬 托器20容纳衬底如晶片W。另外，通过源气体管道40将反应气体引入到衬托器20中。
[0044] 如图4中所示，衬托器20可以包含衬托器上板21、衬托器下板22和衬托器侧板 23。另外，衬托器上板21和下板22相互面对。
[0045] 衬托器20可以通过如下制造：放置衬托器上板21和下板22,在衬托器上板21和 下板22的两侧放置衬托器侧板23,并且利用衬托器侧板23将衬托器上板21和下板22结 合。
[0046] 然而，实施方案不限于上述。例如，可以在长方体衬托器20中形成用于气体通道 的空间。
[0047] 衬托器20可以包含表现高抗热性能和优异加工性的石墨，从而衬托器20可以耐 受高温条件。此外，衬托器20可以具有其中石墨体涂布有碳化硅的结构。同时，可以对衬 托器20进行感应加热。
[0048] 通过热将供给到衬托器20中的反应原料分解成中间化合物，然后可以在晶片W上 沉积中间化合物。例如，反应原料可以包括含有碳、硅和氯的液体、气体或固体原料。液体 原料可以包含甲基三氯硅烷（MTS)或三氯硅烷（TCS)。气体原料可以包含硅烷（SiH 4)、乙 烯（C2H4)和氯化氢，或者硅烷（SiH4)、丙烷（C 3H8)和氯化氢（HCl)。另外，气体原料可以进 一步包含氢气（H2)作为载气。
[0049] 反应原料可以分解为包含硅、碳和氯的基团，并且可以在晶片W上生长碳化硅外 延层。更详细地，基团可以包括具有CH 3 ?的CHx · (1彡X < 4)或SiClx · (1彡X < 4)、 SiCl ·、SiCl2 ·、SiHCl ·或 SiHCl2。
[0050] 源气体管道40可以具有矩形管状。例如，构成源气体管道40的材料可以包含石 英。
[0051] 晶片保持架30设置在衬托器20中。详细地，可以基于源气体的流动方向将晶片 保持架30可以设置在衬托器20的后部。晶片保持架30支持晶片W。例如，用于晶片保持 架30的材料可包含碳化硅或石墨。
[0052] 感应线圈50设置在室10的外侧。详细地，感应线圈50可以围绕室10的外周表 面。感应线圈50可以通过电磁感应对衬托器20进行感应加热。感应线圈50可以绕室10 的外周表面卷绕。
[0053] 可以在约1500°C?约1700°C范围内的温度下对衬托器20进行加热。如上所述， 在约1500°C?约1575°C的范围内升高温度期间，可以通过引入第一蚀刻气体和/或第二蚀 刻气体而将晶片的表面改性为富碳状态。
[0054] 如上所述，根据实施方案的用于生长碳化硅外延层的装置可以在衬底如晶片W上 形成薄膜如碳化硅外延层，并且通过设置在衬托器20的端部的排出管道将残余的气体排 出到外部。
[0055] 如上所述，根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法，在改变生长速度的同时 在晶片上生长碳化硅外延层。即，以第一生长速度和比第一生长速度更高的第二生长速度 在晶片上沉积碳化硅外延层。在这种情况下，在以第一生长速度生长碳化硅外延层的步骤 中，可以减少在晶片上存在的表面缺陷。
[0056] S卩，在碳化硅晶片上存在具有微米尺寸（μ m)的称作微管的缺陷。由于在晶片上 生长碳化硅外延层时这种缺陷在碳化硅外延层上造成缺陷，所以劣化了最终的碳化硅外延 晶片的品质并且如果将所述碳化硅外延层应用于功率器件，则降低了功率器件的效率。
[0057] 因此，根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法，将生长速度设定为第一和第 二生长速度。在以第一生长速度除去在晶片上存在的微管之后，以第二生长速度在除去了 微管的晶片上沉积碳化硅外延层，从而可以减少在最终的碳化硅外延晶片上存在的微管。 因此，根据实施方案的制造碳化硅外延晶片的方法，可以减少碳化硅外延晶片的表面缺陷， 从而可以制造商品质的碳化娃外延晶片。
[0058] S卩，根据实施方案的制造外延晶片的方法可以制造包含晶片和在晶片上形成的碳 化娃外延层的碳化娃外延晶片，其中在碳化娃外延层上形成的包含微管的表面缺陷为Iea/ cm2以下。
[0059] 在下文中，将对根据实施例和比较例的制造碳化硅外延晶片的方法进行详细描 述。然而，为了详细说明的目的而提出实施例和比较例且实施例和比较例不限于此。
[0060] 实施例
[0061] 在将碳化硅晶片设置在衬托器中之后，将硅烷、丙烷、氯化氢和氢作为源气体供给 到衬托器中。在这种情况下，在第一步骤，在约1570°C?约1650°C范围内的温度下并且以 约ΙΟμπι/小时的生长速度在10分钟内进行反应。在第二步骤，在约1500°C?约1700°C范 围内的温度下并且以约30 μ m/小时的生长速度进行反应，从而制造具有期望厚度的碳化 娃外延层的碳化娃外延晶片。
[0062] 在这种情况下，在IOym/小时的生长速度，碳原子数对硅原子数的比率（C/Si比） 为0. 7?1且硅原子对氢气分子的百分比（Si/H2比）为0. 01%以上。
[0063] 比较例
[0064] 除了不进行第一步骤之外，通过与实施例1相同的方法制造碳化硅外延晶片。
[0065] 表 1
[0066]
【权利要求】
1. 一种制造碳化硅外延晶片的方法，所述方法包括： 在衬托器中准备晶片；以及 在所述晶片上生长碳化硅外延层， 其中所述在所述晶片上生长碳化硅外延层包括： 将原料供给到所述衬托器中； 在所述晶片上以第一生长速度生长所述碳化硅外延层；以及 在所述晶片上以比所述第一生长速度更高的第二生长速度生长所述碳化硅外延层， 其中所述原料包含碳、硅和氯。
2. 权利要求1的方法，其中所述第一生长速度为约10 U m/小时?约20 ii m/小时。
3. 权利要求2的方法，其中所述第二生长速度为约30 iim/小时。
4. 碳化硅晶片，和 所述碳化硅晶片上的碳化硅外延层， 其中在所述碳化硅外延层上形成的表面缺陷为lea/cm2以下。
5. 权利要求4的碳化硅外延晶片，其中所述表面缺陷包含微管。
【文档编号】H01L21/20GK104412362SQ201380034721
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年5月28日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】姜石民 申请人:Lg 伊诺特有限公司