碳化硅外延片及其制备方法、半导体器件与流程

专利2026-01-28  5


本发明涉及半导体,特别涉及一种碳化硅外延片及其制备方法、半导体器件。


背景技术:

1、碳化硅(sic)作为一种宽禁带半导体材料,具有高热导率、高击穿电场、高饱和电子漂移速率和高键合能等突出优点,其优异的性能能够满足现代电子技术对高温、高频、高功率和抗辐射等方面的要求。

2、其中,针对碳化硅器件而言,通常需要由多层碳化硅外延层形成,尤其是需要多层不同掺杂类型的碳化硅外延层,而不同掺杂类型的碳化硅外延层之间容易因为背景记忆效应而导致界面模糊。

3、例如,在衬底的表面上外延生长n型碳化硅层时,一般需要通入硅源、碳源和n型掺杂的掺杂源(例如,含氮元素的掺杂源),以在衬底表面上外延生长n型碳化硅层;以及,通入硅源、碳源和p型掺杂的掺杂源(例如,含三甲基铝的掺杂源),以在n型碳化硅层的表面上外延生长p型碳化硅层。然而,在外延生长p型碳化硅层时,由于n型掺杂背景的记忆效应,容易出现n型掺杂元素扩散至p型碳化硅层中,影响p型碳化硅层中的p型掺杂浓度的准确性,同时还会使得p型碳化硅层和n型碳化硅层的界面不清晰。

4、此外,针对外延生长n型碳化硅层的外延腔室而言,其腔体内部上会附着有大量的n型掺杂元素(例如,氮元素),使得外延腔室内也存在严重的 n型掺杂背景的记忆效应,同样会影响后续生长的p型外延层的膜层品质。因此,现有技术中一般需要采用多腔生长的方式,以在不同的外延腔室内分别执行不同掺杂类型的外延层的生长步骤,然而这种生长方式的成本较高,且需要使衬底结构在不同腔室之间转移,增加了污染物的管控难度。


技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种碳化硅外延片的制备方法,以解决现有的碳化硅外延片中不同掺杂类型的外延层之间的界面模糊的问题。

2、为解决上述技术问题,本发明提供一种碳化硅外延片的制备方法,包括:提供一衬底,并在所述衬底上依次生长第一掺杂类型外延层和第二掺杂类型外延层。其中,生长所述第二掺杂类型外延层的方法包括:通入刻蚀气体,以刻蚀所述第一掺杂类型外延层的表面;通入第二掺杂类型的掺杂源,以在所述第一掺杂类型外延层上形成具有第一浓度的第二掺杂类型界面层;以及,通入硅源、碳源和第二掺杂类型的掺杂源,以在所述第二掺杂类型界面层上外延生长掺杂浓度低于所述第一浓度的至少一层第二掺杂类型碳化硅层。

3、可选的,外延生长所述第一掺杂类型外延层的方法,包括:通入硅源、碳源和第一掺杂类型的掺杂源,以在所述衬底上外延生长第一掺杂类型碳化硅层。

4、可选的,外延生长所述第一掺杂类型外延层的方法,还包括:通入刻蚀气体,以刻蚀所述第一掺杂类型碳化硅层的表面;以及,通入硅源、碳源和第一掺杂类型的掺杂源,以在所述第一掺杂类型碳化硅层上生长第一掺杂类型界面层,所述第一掺杂类型界面层的厚度小于所述第一掺杂类型碳化硅层的厚度。

5、可选的,所述第一掺杂类型碳化硅层的厚度为1μm -3μm;和/或,所述第一掺杂类型界面层的厚度为10nm-500nm。

6、可选的,生长所述第一掺杂类型外延层时所采用的刻蚀气体包括含氯气体;和/或,生长所述第二掺杂类型外延层时所采用的刻蚀气体包括含氯气体。

7、可选的,所述第二掺杂类型界面层的形成方法包括:通入含三甲基铝和氢化铝中的至少一种气体,以形成富铝层构成所述第二掺杂类型界面层;或者,通入含硼烷气体,以形成富硼层构成所述第二掺杂类型界面层。

8、可选的,在所述第二掺杂类型界面层上生长掺杂浓度由下至上梯度降低的至少两层第二掺杂类型碳化硅层。

9、可选的,生长所述至少两层第二掺杂类型碳化硅层的方法包括:调整硅源和碳源,以使碳硅比依次减小,使得所生长的至少两层第二掺杂类型碳化硅层的掺杂浓度梯度降低。

10、可选的,所述至少两层第二掺杂类型碳化硅层中,最底层的第二掺杂类型碳化硅层的厚度最小。

11、可选的,所述第一掺杂类型外延层和所述第二掺杂类型外延层在同一外延腔室中生长。

12、本发明的另一目的在于提供一种碳化硅外延片,包括:衬底、依次形成在所述衬底上的第一掺杂类型外延层和第二掺杂类型外延层。其中,所述第二掺杂类型外延层包括:具有第一浓度的第二掺杂类型界面层,所述第二掺杂类型界面层生长在所述第一掺杂类型外延层上;以及,至少一层第二掺杂类型碳化硅层,所述第二掺杂类型碳化硅层的掺杂浓度低于所述第一浓度,并生长在所述第二掺杂类型界面层的上方。

13、可选的,所述第一掺杂类型外延层包括:第一掺杂类型碳化硅层和生长在所述第一掺杂类型碳化硅层上的第一掺杂类型界面层,所述第一掺杂类型界面层的厚度小于所述第一掺杂类型碳化硅层的厚度。

14、可选的,所述第一掺杂类型碳化硅层的厚度为1μm -3μm;和/或,所述第一掺杂类型界面层的厚度为10nm-500nm。

15、可选的,所述第二掺杂类型外延层包括:掺杂浓度由下至上梯度降低的至少两层第二掺杂类型碳化硅层。

16、可选的,所述至少两层第二掺杂类型碳化硅层中,最底层的第二掺杂类型碳化硅层的厚度最小。

17、本发明的另一目的在于提供一种半导体器件,包括:采用如上所述的方法得到碳化硅外延片,或者提供如上所述的碳化硅外延片;以及,形成在所述碳化硅外延片上的器件结构。

18、在本发明提供的碳化硅外延片的制备方法中,在生长第二掺杂类型外延层中的碳化硅层之前,通入刻蚀气体以刻蚀第一掺杂类型外延层的顶表面,不仅可减少其表面上的第一掺杂类型的掺杂元素,弱化背景记忆效应,并且还可去除第一掺杂类型外延层的表面缺陷,从而在外延生长不同掺杂类型的外延层时,有利于改善不同掺杂类型的外延层之间的界面态,并可提高外延生长的外延层质量。同时,通入刻蚀气体,也可以降低衬底所在的外延腔室内第一掺杂类型的掺杂元素的氛围,弱化由外延腔室引起的背景记忆效应,因此,即使是在同一外延腔室内依次生长第一掺杂类型外延层和第二掺杂类型外延层,也仍然可以有效提高不同掺杂类型的外延层之间的界面清晰度。也就是说,本发明提供的制备方法中,可允许在同一外延腔室内依次生长不同掺杂类型的外延层,并且所生长的不同掺杂类型的外延层之间的界面清晰,有利于降低成本,提高生产效率。

19、此外,在通入硅源和碳源以生长第二掺杂类型碳化硅层之前,还优先通入第二掺杂类型的掺杂源以形成高浓度的第二掺杂类型界面层,以利用高浓度的第二掺杂类型界面层抑制其下方的第一掺杂类型的掺杂元素的扩散,使得不同掺杂类型的外延层之间的界面更清晰。



技术特征:

1.一种碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,包括:提供一衬底,并在所述衬底上依次生长第一掺杂类型外延层和第二掺杂类型外延层;

2.如权利要求1所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,外延生长所述第一掺杂类型外延层的方法,包括:

3.如权利要求2所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,外延生长所述第一掺杂类型外延层的方法,还包括:

4. 如权利要求3所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,所述第一掺杂类型碳化硅层的厚度为1μm -3μm;和/或,所述第一掺杂类型界面层的厚度为10nm-500nm。

5.如权利要求3所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,生长所述第一掺杂类型外延层时所采用的刻蚀气体包括含氯气体;和/或,生长所述第二掺杂类型外延层时所采用的刻蚀气体包括含氯气体。

6.如权利要求1所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,所述第二掺杂类型界面层的形成方法包括:通入含三甲基铝和氢化铝中的至少一种气体,以形成富铝层构成所述第二掺杂类型界面层;或者,通入含硼烷气体,以形成富硼层构成所述第二掺杂类型界面层。

7.如权利要求1所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,在所述第二掺杂类型界面层上生长掺杂浓度由下至上梯度降低的至少两层第二掺杂类型碳化硅层。

8.如权利要求7所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,生长所述至少两层第二掺杂类型碳化硅层的方法包括:调整硅源和碳源,以使碳硅比依次减小,使得所生长的至少两层第二掺杂类型碳化硅层的掺杂浓度梯度降低。

9.如权利要求7所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,所述至少两层第二掺杂类型碳化硅层中,最底层的第二掺杂类型碳化硅层的厚度最小。

10.如权利要求1-9任一项所述的碳化硅外延片的制备方法,其特征在于,所述第一掺杂类型外延层和所述第二掺杂类型外延层在同一外延腔室中生长。

11.一种碳化硅外延片,其特征在于,包括:衬底、依次形成在所述衬底上的第一掺杂类型外延层和第二掺杂类型外延层;

12.如权利要求11所述碳化硅外延片,其特征在于,所述第一掺杂类型外延层包括:第一掺杂类型碳化硅层和生长在所述第一掺杂类型碳化硅层上的第一掺杂类型界面层,所述第一掺杂类型界面层的厚度小于所述第一掺杂类型碳化硅层的厚度。

13. 如权利要求12所述碳化硅外延片,其特征在于,所述第一掺杂类型碳化硅层的厚度为1μm -3μm;和/或,所述第一掺杂类型界面层的厚度为10nm-500nm。

14.如权利要求11所述碳化硅外延片,其特征在于,所述第二掺杂类型外延层包括:掺杂浓度由下至上梯度降低的至少两层第二掺杂类型碳化硅层。

15.如权利要求14所述碳化硅外延片,其特征在于,所述至少两层第二掺杂类型碳化硅层中,最底层的第二掺杂类型碳化硅层的厚度最小。

16.一种半导体器件,其特征在于,包括:


技术总结
本发明提供了一种碳化硅外延片及其制备方法、半导体器件。该碳化硅外延片的制备方法中,在生长第二掺杂类型外延层之前,通入刻蚀气体,可以有效弱化由第一掺杂类型外延层和外延腔室引起的背景记忆效应,并且还在第一掺杂类型外延层的表面上生长高浓度的第二掺杂类型界面层以阻挡下方的掺杂元素向上扩散,使得不同掺杂类型的外延层之间的界面更清晰。因此,本发明提供的碳化硅外延片的制备方法,可允许在同一外延腔室内依次生长不同掺杂类型的外延层,并且所生长的不同掺杂类型的外延层之间的界面清晰,有利于降低成本,提高生产效率。

技术研发人员:田宇,张希山
受保护的技术使用者:芯联越州集成电路制造(绍兴)有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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