消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種碳化硅同質外延生長方法，可用于消除碳化娃外延面穿通缺陷，提高外延材料晶體質量。
【背景技術】
[0002]碳化硅(4H-SiC，6H-SiC)是一種寬禁帶半導體材料，它的帶隙寬可達3.0-3.2eV，是Si的3倍，因此，它具有高的臨界擊穿電場(Si的10倍)，高載流子飽和濃度(Si的2倍)等特點，另外，它還具有高熱導率(Si的3倍)的特點，因此，它在軍用和航天領域的高溫、高頻、大功率電力電子、光電器件方面具有優越的應用價值，并有望應用于現有的硅基大功率器件不能勝任的場合，成為下一代電力電子半導體的關鍵基礎材料之一。
[0003]雖然碳化硅單晶材料已經商品化，但晶片內仍然有許多缺陷，如微管(MP)，基平面位錯(BTO)，螺位錯(TSD)等，同質外延生長時，這些缺陷會沿界面穿通到外延層中，降低外延材料的品質。如圖1所示，碳化硅襯底中具有缺陷，外延時，缺陷沿生長面穿通到外延層中，最終導致外延層中具有與襯底貫通的缺陷。目前很少有人研究如何消除上述缺陷穿通，一般的做法是進一步提高碳化硅晶體結晶質量，減小缺陷密度。
【發明內容】
[0004]為了解決上述問題，本發明提供了一種消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，將碳化硅襯底外延表面的缺陷消除，進而達到防止缺陷穿通到外延層中的目的。
[0005]本發明提供一種消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1:取一碳化硅襯底，并清洗干凈；
[0007]步驟2:對襯底的表面進行腐蝕，直至顯露缺陷坑；
[0008]步驟3:在襯底上制作娃層；
[0009]步驟4:升高溫度使硅層熔化，使之填滿缺陷坑，并使外表面平整；
[0010]步驟5:通入碳源，使熔化硅層部分轉變成第一碳化硅層；
[0011]步驟6:通入碳源，使剩余的熔化硅層部分轉變成第二碳化硅層；
[0012]步驟7:腐蝕，將剩余的硅層腐蝕掉，留下完整的第一、第二碳化硅層，完成制備。
[0013]本發明的有益效果是，利用熔融堿液將碳化硅襯底外延表面腐蝕的方法，可以將缺陷顯露，形成腐蝕坑，隨之用液硅填坑，采用液相外延生長方法進行碳化硅的同質外延生長，可以防止襯底缺陷穿通進入外延層。與現有碳化硅同質外延相比，本方法可以消除碳化硅外延面穿通缺陷，提高外延層品質，具有很大優勢。此外，此有益效果也可以用于其它化合物半導體的外延生長，如半導體氮化鋁(A1N)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)等的同質外延。
[0014]本發明操作簡便，易于推廣，并取得良好效果。
【附圖說明】
[0015]為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中:
[0016]圖1為現有技術中穿通缺陷示意圖；
[0017]圖2為本發明的制備流程圖；
[0018]圖3為本發明制備流程的結構示意圖；
[0019]圖4為本發明中襯底腐蝕后顯露出的缺陷光學顯微鏡照片；
[0020]圖5為本發明中碳化硅外延面光學顯微鏡照片；
[0021]圖6為本發明提供的碳化娃外延層的Raman圖譜。
【具體實施方式】
[0022]請參閱圖2-圖3所示，本發明提供一種消除碳化硅外延面穿通缺陷的方法，包括如下步驟:
[0023]步驟1:取一碳化硅襯底1，為4H_SiC或6H_SiC，并清洗干凈。
[0024]步驟2:對襯底1的表面進行腐蝕，直至顯露缺陷坑1，。其中所述表面腐蝕是采用熔融堿液，該熔融堿液是K0H或NaOH，或K0H和Na202的混合物，或NaOH和Na 202的混合物，腐蝕溫度為500°C _700°C，腐蝕的時間為1-30分鐘。
[0025]步驟3:在襯底1上制作硅層2。硅層2的制作工藝為:通入800°C _1350°C的硅源SiH4，SiH4采用氫氣為載氣和稀釋氣體，其中SiH4流量為1-lOsccm，氫氣流量為1-lOslm，外延持續時間為1-15分鐘，生長壓力為l_40Torr。
[0026]步驟4:升高溫度使硅層2熔化，使之填滿缺陷坑1，并使外表面平整。其中所述硅層2熔化的工藝為:溫度升高到1450°C -1550°C，在氬氣氛下保溫10-30分鐘，所用氬氣流量為l-5slm，所用壓力為500-760Torr，并使碳化硅襯底1旋轉，轉速為1_10轉/分鐘。
[0027]步驟5:通入碳源，使熔化硅層2部分轉變成第一碳化硅層3。生長工藝為:保持襯底1旋轉，轉速為1-10轉/分鐘，通入氫氣，氫氣的流量為l-5slm，所用壓力為10-760Torr，溫度為1550°C _1850°C，通入碳源C2H4或者C3HS，流量為100-500sccm，同時通入與襯底摻雜相同類型的摻雜劑，流量為10-50SCCm，持續時間為10-30分鐘。
[0028]步驟6:通入碳源，使剩余的熔化硅層2部分轉變成第二碳化硅層4。生長工藝為:保持襯底1旋轉，轉速為1-10轉/分鐘，通入氫氣，氫氣的流量為l_5slm，所用壓力為10-760Torr，溫度為 1550°C _1850°C，通入碳源 C2H4或者 C 3HS，流量為 100-500sccm，持續時間為10-100分鐘。
[0029]步驟7:腐蝕，將剩余的硅層2腐蝕掉，留下完整的第一、第二碳化硅層3、4，完成制備。其中剩余硅層2的腐蝕工藝為:保持碳化硅襯底1旋轉，轉速為1-10轉/分鐘，所用氫氣流量為l_5slm，所用壓力為10-760Torr，溫度為1550°C -1850°C，通入HC1氣體，流量為100-500sccm，持續時間為10-100分鐘。剩余硅層2的腐蝕工藝也可以為:將碳化硅襯底1浸泡在體積比為1: 1的HF和順03的混合溶液中5-30分鐘。
[0030]下面結合附圖對本發明示例性的實施例進行描述。為了清楚和簡要起見，實際的實施例并不局限于說明書中所描述的這些技術特征。然而，應該理解的是，在改進任何一個所述實際實施例的過程中，多個具體實施例的決定必須是能夠實現改進人員的特定目標，例如，遵從行業相關和商業相關的限制，所述限制隨著實施例的不同而變化。而且，應該理解的是，前述改進的效果即使是非常復雜和耗時的，但是這對于知曉本發明益處的本領域技術人員來說仍然是常規技術手段。
[0031]圖3示出了