碳化硅外延晶片及其制造方法
【专利摘要】根据一个实施方案，一种制造外延晶片的方法包括：在衬托器中提供晶片，以及在所述晶片上生长外延层。所述在所述晶片上生长外延层包括：将第一输入量的原料供给到所述衬托器中的第一步骤，和将第二输入量的原料供给到所述衬托器中的第二步骤。所述第一输入量小于所述第二输入量。根据一个实施方案，外延晶片包含晶片和在所述晶片上形成的外延层，其中所述晶片的表面缺陷为1ea/cm2以下。
【专利说明】碳化硅外延晶片及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明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）方法。CVD方法是伴随化学反应的沉积技术，其中可以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] 由于半导体器件的尺寸减小和高效率且高功率的LED的发展，作为重要的形成薄 膜的技术，这种CVD方法和CVD沉积装置已经引起了关注。目前将CVD方法和CVD沉积装 置用于在晶片上沉积各种薄膜如硅层、氧化物层、氮化硅层或氮氧化硅层。
[0004] 例如，为了在衬底或晶片上沉积碳化硅薄膜，需要供给能够与晶片反应的反应气 体。通常，通过如下沉积碳化硅外延层：供给气体材料如标准前体如硅烷（SiH 4)或乙烯 (C2H4)或者液体材料如甲基三氯硅烷（MTS)，对所述材料进行加热以产生中间体化合物如 CH3或SiClx，并且将中间体化合物供给到沉积单元中以使中间体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，可能在晶片上产生诸如缺陷或表面粗糙度的 问题。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，需要开发能够解决诸如缺陷或表面粗糙度的问题的碳化硅外延晶片及制造 所述碳化硅外延晶片的方法。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 本发明涉及一种制造外延晶片的方法和通过所述方法制造的外延晶片，通过所述 方法通过减少晶片的表面缺陷和/或表面粗糖度而制造商品质碳化娃外延晶片。
[0009] 技术方案
[0010] 根据本发明的一个方面，提供一种制造外延晶片的方法，所述方法包括：在衬托器 中提供晶片和在所述晶片上生长外延层。所述在所述晶片上生长外延层包括将第一输入量 的原料供给到所述衬托器中的第一步骤，和将第二输入量的所述原料供给到所述衬托器中 的第二步骤。所述第一输入量小于所述第二输入量。
[0011] 根据本发明的另一个方面，提供一种制造外延晶片的方法，其中对供给到衬托器 中的原料的量进行控制，使得在第一步骤和第二步骤中具有不同的生长速率。
[0012] 根据本发明的又一个方面，提供一种外延晶片，其包含晶片、在所述晶片上形成的 第一外延层和在所述第一外延层上形成的第二外延层。所述外延晶片的表面缺陷为Iea/ cm2以下。
[0013] 有益效果
[0014] 根据本发明的实施方式，与通常的生长方法相比，可以通过在第一步骤中减少原 料的输入量以降低生长速率而减少表面缺陷。然后，可以在第二步骤中沉积外延层。由此， 可以减少在最终的碳化硅外延晶片上的表面缺陷。
[0015] 因此，通过根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法制造的最终的碳化硅外延 晶片可以具有减少的表面缺陷和商品质。
[0016] 此外，根据本发明实施方式的碳化硅外延晶片的表面缺陷可以为约lea/cm2以下。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是用于描述根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法的工艺流程图；以及
[0018] 图2?4分别是用于描述根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法的衬托器的 分解透视图、透视图和横截面图，其中图2是根据本发明实施方式的沉积装置的分解透视 图，图3是根据本发明实施方式的沉积装置的透视图，且图4是沿图3的线1-1'所取的横 截面图的一部分。
【具体实施方式】
[0019] 应理解，当将层、区域、图案或结构称为在另一个层、区域、图案或结构"之上"或 "之下"时，其可以直接地在另一个元件之上或之下，或者可以存在中间元件。如图中所示出 的，在本文中可以使用空间上相对的术语如"在……下方"、"在……下面"、"下部"、"在…… 上面"、"上部"等来描述一个元件或特征对另一个元件或特征的关系。
[0020] 在图中，为了描述的清楚和方便，可以对层、区域、图案或结构的厚度或尺寸进行 修改。
[0021] 在下文中，将参考图1?4对根据本发明实施方式的外延晶片和制造外延晶片的 方法进行描述。
[0022] 图1是用于描述根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法的工艺流程图；且图 2?4分别是用于描述根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法的衬托器的分解透视 图、透视图和横截面图。
[0023] 参考图1，根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法可包括在衬托器中提供晶 片（STlO)和在晶片上生长外延层（ST20)。
[0024] 在衬托器中提供晶片的步骤（STlO)中，可以将晶片设置在在室内设置的衬托器 中。在此，晶片可以为碳化硅晶片。即，根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法可以为 制造碳化娃外延晶片的方法。
[0025] 然后，在晶片上生长外延层的步骤（ST20)中，可以在衬托器中供给原料以在晶片 上生长碳化硅外延层。
[0026] 在晶片上生长外延层的步骤（ST20)可以分为两个步骤。更具体地，在晶片上生长 外延层的步骤（ST20)包括其中将第一输入量的原料供给到衬托器中的第一步骤和其中将 第二输入量的原料供给到衬托器中的第二步骤。
[0027] 可以根据供给到衬托器中的原料的量来划分第一步骤和第二步骤。即，在第一步 骤中供给到衬托器中的原料的量可以不同于与在第二步骤中供给到衬托器中的原料的量。 更具体地，在第一步骤中供给的原料的量可以小于在第二步骤中供给的原料的量。
[0028] 在第一步骤中供给的原料的量可以为在第二步骤中供给的原料的量的1/10以 下。即，在第一步骤中供给的原料的流量可以为在第二步骤中供给的原料的流量的1/10以 下。在第一步骤中供给的原料的流量可以在第二步骤中供给的原料的流量的1/10?1/2 的范围内。
[0029] 第一步骤和第二步骤可以依次进行。即，第一步骤和第二步骤可以不是单独的步 骤而可以是连续的步骤。
[0030] 供给到衬托器中的原料可以包含碳（C)、硅（Si)、氯（Cl)和氢（H)。更具体地，原 料可以包括含有C和Si的液体、气体或固体材料。液体材料可以包含甲基三氯硅烷（MTS) 或三氯硅烷（TCS)。气体材料可以包含硅烷（SiH 4)、乙烯（C2H4)和氯化氢（HCl)，或者SiH4、 丙烷（C 3H8)和HC1。另外，可以进一步包含H2作为载气。
[0031] 在第一步骤中，可以适当调节供给到衬托器中的原料的比率。即，在第一步骤中， 可以以第一输入量的流量将原料供给到衬托器中，并且可以对供给到衬托器中和在衬托器 中离子化的原料的原子和/或分子比进行适当调节。更具体地，在第一步骤中，碳原子数对 硅原子数的比率（C/Si)可以为0. 7以下。另外，硅原子对氢气分子的百分比（Si/H2)可以 为0. 01%以下。
[0032] 此外，在第二步骤中，碳原子数对硅原子数的比率（C/Si)可以为0.7?1.5。另 夕卜，硅原子对氢气分子的百分比（Si/H 2)可以为0.01%以上。
[0033] 第一步骤和第二步骤中的生长速率可以根据供给到衬托器中的原料的第一输入 量和第二输入量而不同。更具体地，第一步骤中的生长速率可以小于第二步骤中的生长速 率。更具体地，第一步骤中的生长速率可以为第二步骤中的生长速率的1/20?1/2。
[0034] 在根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法中，可以通过控制供给到衬托器中 的原料的量而在第一步骤和第二步骤中改变生长速率。
[0035] 即，可以将第一步骤中的原料的输入量控制为在第二步骤中的原料的输入量的 1/20?1/2的范围内，并且可以将第一步骤中的生长速率控制为在第二步骤中的生长速率 的1/20?1/2的范围内。
[0036] 在第一步骤中，可以减少晶片上的表面缺陷。通常，在碳化硅晶片上可以存在缺陷 如BPD、EH)或MPD。当在晶片上生长外延层时，这种缺陷可能在外延层的表面上产生缺陷， 降低碳化硅外延晶片的最终品质，并且当将所述碳化硅外延晶片应用于功率器件时降低效 率。
[0037] 根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法，与通常的生长方法相比，可以通过 减少在第一步骤中供给的原料的流量并降低第一步骤中的生长速率来减少晶片表面上的 表面缺陷。优选地，可以将晶片的表面缺陷减少至约lea/cm 2以下。然后，可以在第二步骤 中沉积外延层以减少在最终的碳化硅外延晶片上的表面缺陷。
[0038] 因此，通过根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法制造的最终的碳化硅外延 晶片可以具有减少的表面缺陷和商品质。
[0039] 在第二步骤中，在除去晶片上的表面缺陷之后，可以在晶片上沉积碳化硅外延层。
[0040] 可以使用包含衬托器的沉积装置在晶片上沉积外延层。
[0041] 图2?4分别是用于描述根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法的衬托器的 分解透视图、透视图和横截面图。
[0042] 参考图2?4,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。
[0043] 室10可以具有圆柱形管状。另外，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。
[0044] 另外，室10的两端可以封闭，且可以防止外部气体流入到室10中，从而保持真空 度。室10可以包含具有高机械强度和优异的化学耐受性的石英。此外，室10可以具有提 高的抗热性。
[0045] 另外，室10可以进一步包含绝热单元60。绝热单元60可用于在室10中保存热。 可以将氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或石墨例示性用作绝热单元60。
[0046] 衬托器20可以设置在室10中。衬托器20容纳源气体管道40和晶片保持架30。 另外，衬托器20可容纳衬底如晶片W。另外，反应气体可以通过源气体管道40流入到衬托 器20中。
[0047] 如图2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可以设置为面对衬托器下板22。
[0048] 衬托器20可以通过如下制造：设置衬托器上板21和衬托器下板22,在其两侧设 置衬托器侧板23,并且将衬托器上板21、衬托器下板22和衬托器侧板23结合。
[0049] 然而，本发明不限于上述，并且可以通过在矩形衬托器20中形成用于气体通道的 空间而制造衬托器。
[0050] 衬托器20可以包含具有商抗热性能且易于加工的石墨。另外，衬托器20可以具 有其中石墨体涂布有碳化硅的结构。此外，可以通过感应对衬托器20进行加热。
[0051] 可以通过热将作为供给到衬托器20中的材料的反应气体分解成中间体化合物， 并以中间体化合物的状态沉积在晶片W上。例如，所述材料可以包括含有C和Si的液体、 气体或固体材料。液体材料可以包含甲基三氯硅烷（MTS)或三氯硅烷（TCS)。气体材料可 以包含硅烷（SiH 4)、乙烯（C2H4)和氯化氢（HCl)，或者硅烷、丙烷（C3H 8)和HCl。另外，可以 进一步包含H2作为载气。
[0052] 所述材料可以分解为包含Si、C或Cl的基团，并且可以在晶片W上生长碳化硅外 延层。更详细地，基团可以为包含CH 3的CHX(1彡X < 4)或SiClx(l彡X < 4)、SiCl、SiCl2、 SiHCUSiHCl2 等。
[0053] 源气体管道40可以具有矩形管状。例如，用作源气体管道40的材料可以为石英。
[0054] 晶片保持架30可以设置在衬托器20中。更具体地，可以在其中源气体流动的方 向上将晶片保持架30可以设置在衬托器20的后面。晶片保持架30支持晶片W。例如，用 作晶片保持架30的材料可以为SiC或石墨。
[0055] 感应线圈50可以设置在室10的外侧。更具体地，感应线圈50可以围绕室10的 外周。感应线圈50可以通过电磁感应对衬托器20进行加热。感应线圈50可以绕室10的 外周卷绕。
[0056] 可以通过感应线圈50将衬托器20加热至约1500°C?约1700°C的温度。即，可 以通过感应线圈50将衬托器20加热至外延层的生长温度。然后，源气体可以在1500°C? 1700°C的温度下被分解为中间体化合物并流入到衬托器中而要被喷射在晶片W上。可以由 喷射的基团在晶片W上形成碳化硅外延层。
[0057] 以这种方式，根据本发明实施方式的碳化硅外延层沉积装置可以在衬底如晶片W 上形成薄膜如外延层，并且通过设置在衬托器20的端部上的排出管道将残余的气体排出。
[0058] 如上所述，与通常的生长方法相比，在根据本发明实施方式的制造外延晶片的方 法中，可以通过减少在第一步骤中供给的原料的流量并降低第一步骤中的生长速率而减少 晶片表面上的表面缺陷。优选地，可以将晶片的表面缺陷减少至约lea/cm 2以下。然后，可 以在第二步骤中沉积外延层以减少在最终的碳化硅外延晶片上的表面缺陷。
[0059] 因此，通过根据本发明实施方式的制造外延晶片的方法制造的最终的碳化硅外延 晶片可以具有减少的表面缺陷和商品质。
[0060] 在下文中，将通过根据实施例和比较例的制造碳化硅外延晶片的方法对本发明的 实施方式进行更详细地描述。这种制造例仅为用于更详细地描述本发明实施方式的实例， 且因此，本发明不限于此。
[0061] 实施例
[0062] 将碳化硅晶片设置在衬托器中，并且将SiH4、C2H 4、HCl和H作为源气体供给到衬托 器中。此处，在第一步骤中在约1570°C的温度下且在第二步骤中在约1600°C的温度下制造 外延晶片。
[0063] 此处，在第一步骤中，碳原子数对硅原子数的比率（C/Si)可以为0. 7且硅原子对 氢气分子的百分比（Si/H2)可以为0.01%。
[0064] 另外，第一步骤中原料的输入量为第二步骤中原料的输入量的1/10。
[0065] 比较例
[0066] 使用与实施例中相同的方法制造碳化硅外延晶片，不同之处在于不进行第一步 骤。
[0067] 表 1
[0068]
【权利要求】
1. 一种外延晶片，其包含： 晶片；和 在所述晶片上形成的外延层， 其中所述外延层的表面缺陷为lea/cm2以下。
2. 权利要求1的外延晶片，其中所述外延层包含第一外延层和第二外延层。
3. 权利要求2的外延晶片，其中所述晶片、所述第一外延层和所述第二外延层包含碳 化硅。
【文档编号】H01L21/20GK104395986SQ201380035035
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年5月30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