超掺杂均匀性大面积SiC外延层生长腔室结构的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，特指一种超掺杂均匀性大面积SiC外延层生长腔室结构。

背景技术：
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碳化硅(SiC)材料作为第三代宽禁带半导体，具有禁带宽度大、耐高温、抗辐射等优异的物理特性，为功率器件的制造奠定了良好的材料基础。通常SiC器件主要是在SiC单晶衬底上生长的SiC外延层上制作的。由于在SiC单晶生长的过程中控制掺杂较为困难，难以达到器件制造要求，虽然离子注入也可以实现SiC的掺杂，但是其效果远远达不到利用CVD外延工艺得到的精确控制掺杂浓度的水平，因此SiC外延层材料的生长是SiC器件制造中重要且必不可少的关键技术。

SiC外延层制备的方法主要有：升华法、液相外延法、溅射法、脉冲激光沉积、分子束外延和化学气相沉积法，目前商业生产中以化学气相沉积法使用最为广泛。

SiC外延材料的浓度掺杂均匀性与生长厚度均匀性严重影响到SiC器件性能，良好的材料均匀性不仅可以降低器件性能的离散，同时也可以提高器件的可靠性。

随着SiC产业的不断发展，SiC外延层的发展趋势越趋向于大面积化，大面积SiC外延层拥有更大的器件制备可用面积，可以有效减少材料的浪费。然而随着SiC衬底尺寸的不断变大，对于SiC外延层内的掺杂浓度与生长厚度控制的要求也相应的提高，如何提高大面积SiC外延层的厚度、浓度均匀性是SiC外延中需要突破和掌握的关键技术。

由于各类生长源在反应腔室内沿气流方向的耗尽方式有所不同，对于SiC外延层掺杂浓度均匀性和生长厚度均匀性也有所不同，而于大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性和生长厚度均匀性对于不同的耗尽。生长源气体在外延层直径方向上的耗尽导致了外延层上局部个点的生长速率及掺杂浓度是随位置变化的量，因此造成了外延厚度及浓度的不均匀性。由于各类生长源在反应腔内的耗尽形式有所不同，总体来说主要有三种形式的耗尽(理想状态)：1、线性耗尽；2、指数型耗尽；3、二次元函数型耗尽。通过引入托盘可以降低由于气源线性耗尽所造成的源分布的不均匀性，而后两种耗尽方式下，托盘并不能完全消除源分布的不均匀，特别是因晶片边界处存在较大的温度梯度而导致的掺杂浓度与厚度的不均匀性。

有鉴于此，本发明人提出以下技术方案。

技术实现要素：
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为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：该超掺杂均匀性大面积SiC外延层生长腔室结构包括：碳化硅LPCVD反应腔室，该碳化硅LPCVD反应腔室外侧设置有用于对其加热的加热组件；托盘，其位于碳化硅LPCVD反应腔室中，该托盘上设置承载槽以承载一片大面积SiC晶片；三通导气管路结构，其安装于碳化硅LPCVD反应腔室进气端一侧，该三通导气管路结构由与碳化硅LPCVD反应腔室连通的主导气管路以及两个位于主导气管路两侧且相互隔绝的侧导气管路构成；三通进气管路结构，其与三通导气管路结构连接，且该三通进气管路结构包括一管主体以及成型于管主体前端的主进气管路和两个分别位于主进气管路两侧的侧进气管路，主进气管路和两个侧进气管路均与管主体内腔连通，该管主体内腔连通主导气管路及侧导气管路；侧进气管路与主进气管路之间通过一斜面连接，以致使主进气管路与管主体内腔形成喇叭状通道，并连通主导气管路及侧导气管路。

进一步而言，上述技术方案中，所述主进气管路与主导气管路对应，且主进气管路的尺寸大于主导气管路的尺寸；所述侧进气管路与侧导气管路对应，且侧进气管路的尺寸小于侧导气管路的尺寸。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比较具有如下有益效果：本实用新型超掺杂均匀性大面积SiC外延层生长腔室结构结构简单，并可有效调节反应腔室内氛围中的生长源的比例，以调整大面积SiC外延层掺杂浓度与厚度均匀性。

附图说明：

图1是常规方法得到的SiC外延层厚度沿径向方向的分布示意图；

图2为通过本实用新型得到的SiC外延层厚度沿径向方向的分布；

图3为常规方法得到的SiC外延层掺杂浓度沿径向方向的分布；

图4为通过本实用新型得到的SiC外延层掺杂浓度沿径向方向的分布；

图5为实用新型的结构示意图；

图6为实用新型中三通导气管路结构的结构示意图；

图7为实用新型中三通进气管路结构的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

参见图5-7所示，为一种超掺杂均匀性大面积SiC外延层生长腔室结构，其包括：碳化硅LPCVD反应腔室1、设置于碳化硅LPCVD反应腔室1中的并用于承载大面积SiC晶片22的托盘2、安装于碳化硅LPCVD反应腔室1一侧的三通导气管路结构3以及与三通导气管路结构3连接的三通进气管路结构4，该碳化硅LPCVD反应腔室1外侧设置有用于对其加热的加热组件。

所述托盘2上设置承载槽21以承载一片大面积SiC晶片22，且该托盘2可均匀旋转。

所述三通导气管路结构3由与碳化硅LPCVD反应腔室1连通的主导气管路31以及两个位于主导气管路31两侧且相互隔绝的侧导气管路32构成。

所述三通进气管路结构4包括一管主体41以及成型于管主体41前端的主进气管路42和两个分别位于主进气管路42两侧的侧进气管路43，主进气管路42和两个侧进气管路43均与管主体41内腔连通，该管主体41内腔连通主导气管路31及侧导气管路32；所述主进气管路42与主导气管路31对应，且主进气管路42的尺寸大于主导气管路31的尺寸；所述侧进气管路43与侧导气管路32对应，且侧进气管路43的尺寸小于侧导气管路32的尺寸。

所述侧进气管路43与主进气管路42之间通过一斜面连接，以致使主进气管路42与管主体41内腔形成喇叭状通道，并连通主导气管路31及侧导气管路32，使反应源经过三通进气管路结构4后，按照均等比例均匀的从三通导气管路结构3流入碳化硅LPCVD反应腔室1，从而调节反应腔室内氛围中的生长源的比例，以调整大面积SiC外延层掺杂浓度与厚度均匀性。

本实用新型超掺杂均匀性大面积SiC外延层生长腔室结构结构简单，并可有效调节反应腔室内氛围中的生长源的比例，以调整大面积SiC外延层掺杂浓度与厚度均匀性。

通过本实用新型可实现超掺杂均匀性大面积SiC外延层的制备方法，该方法在常规的LPCVD外延生长源主进气管路额外增加两个侧进气管路，通过调节两个侧进气管路通入的生长源种类与通入量的大小，结合旋转托盘结构，来调节整个大面积SiC外延层上氛围中的生长源分布，从而调节反应腔室内氛围中的生长源的比例，以调整大面积SiC外延层掺杂浓度与厚度均匀性。其中，所述主进气管路的通道呈喇叭状，两个侧进气管路连通主进气管路的通道的后端部分。

两个侧进气管路生长源导入口导入的生长源包括有掺杂源、C源、Si源、载气、蚀刻气体，该掺杂源包括N₂、Al(CH₃)₃，C源包括C₂H₄、C₃H₈，Si源包括Si₂H₄、SiHCl₃，载气包括H₂、Ar₂，蚀刻气体包括HCl。

两个侧进气管路通入Si源，以提升侧反应腔室氛围中的C源和Si源的比例，降低N型掺杂浓度或提升P型掺杂浓度，从而达到对大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性的调整。

两个侧进气管路通入C源，以降低反应腔室氛围中的C源和Si源的比例，提升N型掺杂浓度或降低P型掺杂浓度，从而达到对大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性的调整。

两个侧进气管路同时通入Si源和C源来提升反应腔室氛围中的C源及Si源的浓度，以提升SiC外延层的生长速率，从而达到对大面积SiC外延层生长厚度均匀性的调整。

两个侧进气管路通入载气来稀释反应腔室氛围中的C源及Si源的浓度，降低SiC外延层的生长速率，从而达到对大面积SiC外延层生长厚度均匀性的调整。

两个侧进气管路通入N源来提升侧的N型掺杂浓度，从而达到对大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性的调整；两侧路通入Al源可以提升侧的P型掺杂掺杂浓度，从而达到对大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性的调整。

所述N源为N₂，Al源为Al(CH₃)₃。

两个侧进气管路通入蚀刻气体以轻微降低SiC外延层的生长速率，从而达到对大面积SiC外延层生长厚度均匀性的微调整。

综上所述，结合图1-4所述，相对常规方法而言，本实用新型超掺杂均匀性大面积SiC外延层的制备方法能够对大面积SiC外延的生长厚度均匀性进行控制，从而提升大面积SiC外延层生长厚度均匀性，还可对大面积SiC外延层的掺杂均匀性进行控制，从而提升大面积SiC外延层掺杂浓度均匀性。

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。