一种改善碳化硅外延片掺杂均匀性的方法及装置与流程

本申请涉及半导体，尤其是涉及一种改善碳化硅外延片掺杂均匀性的方法及装置。

背景技术：

1、碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料之一，相比于硅器件而言，具有耐高温、 高迁移率、高击穿电压等优势，是制作高温、高频、大功率、高压以及抗辐射电子器件的理想材料。因此，碳化硅半导体材料已经成为国际上公认的将引领电力电子特别是大功率电力电子下一个50年的最佳电子材料。

2、碳化硅外延膜厚与掺杂均匀性与器件性能息息相关，均匀性良好不仅可以降低器件的离散，也能提高器件的性能。如何提高大尺寸均匀性是行业内研究的热点。现有的碳化硅水平式外延生产系统中，通过调节主氢流量，碳硅比，中旁路气体分配来调节掺杂均匀性，其掺杂曲线基本上是边缘高，中间凸或平的形式，其均匀性在2%-5%范围内。

3、随着碳化硅衬底技术的发展，6英寸衬底已经取代4英寸成为主流，各大衬底厂商也研发出8英寸的衬底，往后几年8英寸也必将成为主流。但是，现有的碳化硅水平式外延生产方式并不适用于大尺寸的衬底。所以，现在急需对传统的碳化硅水平式外延生产进行改进。

技术实现思路

1、本申请的其中一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的方法。

2、本申请的另一个目的在于提供一种能够解决上述背景技术中至少一个缺陷的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置。

3、为达到上述的至少一个目的，本申请采用的技术方案为：一种改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置，包括外延炉；所述外延炉内水平设置有用于碳化硅生长的腔室，所述腔室的前端连通有水平延伸的导气管，所述导气管适于通过水平延伸的第一管路向所述腔室内通入第一生长气体；所述导气管的顶端中部设置有垂直所述第一管路进行连通的第二管路，所述第二管路适于在进行碳化硅外延片的外延层生长时向所述腔室内通入用于提供碳原子的第二生长气体。

4、优选的，所述导气管为石英方管，所述石英方管的内腔呈矩形以形成所述第一管路；所述第一管路包括中间气路以及位于所述中间气路两侧的侧气路，所述第二管路连通于所述中间气路。

5、优选的，设所述第一管路的长度为l，沿所述第一管路的导气方向，所述第二管路与所述第一管路的连通处至所述第一管路的进气端的距离为x；则x=（0.4~0.6）l。

6、优选的，设所述中间气路沿垂直导气方向的水平宽度为d，所述第二管路的宽度为d；则d=（0.2~0.4）d。

7、优选的，所述第二管路内的所述第二生长气体的压力为0.2~0.4bar。

8、优选的，所述第二生长气体为乙烯、乙烷、丙烯以及丙烷中的一种。

9、优选的，所述第一生长气体包括氢气、乙烯、tcs（三氯氢硅）、氯化氢以及掺杂剂。

10、一种改善碳化硅外延片掺杂均匀性的方法，包括如下生长过程：

11、s100：将衬底放置于腔室后，由第一管路向腔室内通入氢气并于设定时间内进行升温至刻蚀温度；

12、s200：在刻蚀温度下，由第一管路向氢气环境下的腔室内通入氯化氢以进行刻蚀过程；

13、s300：在刻蚀结束后，由第一管路向腔室内通入乙烯和tcs并持续设定时间以进行缓冲层的生长；

14、s400：缓冲层生长完成后，调节腔室的温度至设定温度；由第一管路向腔室内通入掺杂剂，以及由第二管路按照设定气压向腔室内通入第二生长气体，通过维持设定时间以进行外延层的生长和掺杂。

15、优选的，在步骤s300中，乙烯的流量为22sccm，tcs的流量为80sccm。

16、优选的，在步骤s400中，腔室的温度调节至1600~1620℃；掺杂剂为氮气，且中间气路的氮气占总氮气量的60%~80%。

17、与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

18、本申请通过在传统方式的基础上增加第二管路，通过第二管路向腔室内通入为外延片生长提供碳原子的第二生长气体。并且通过对第二管路的结构尺寸和位置尺寸进行设计，以及对第二生长气体的气压进行控制，可以有效的改善碳化硅外延片掺杂的均匀性。

技术特征：

1.一种改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置，包括外延炉，所述外延炉内水平设置有用于碳化硅生长的腔室；其特征在于：所述腔室的前端连通有水平延伸的导气管，所述导气管适于通过水平延伸的第一管路向所述腔室内通入第一生长气体；

2.如权利要求1所述的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置，其特征在于：所述导气管为石英方管，所述石英方管的内腔呈矩形以形成所述第一管路；所述第一管路包括中间气路以及位于所述中间气路两侧的侧气路，所述第二管路连通于所述中间气路。

3.如权利要求2的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置，其特征在于：设所述第一管路的长度为l，沿所述第一管路的导气方向，所述第二管路与所述第一管路的连通处至所述第一管路的进气端的距离为x；则x=（0.4~0.6）l。

4.如权利要求2所述的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置，其特征在于：设所述中间气路沿垂直导气方向的水平宽度为d，所述第二管路的宽度为d；则d=（0.2~0.4）d。

5.如权利要求2述的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置，其特征在于：所述第二管路内的所述第二生长气体的压力为0.2~0.4bar。

6.如权利要求1-5任一项所述的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置，其特征在于：所述第二生长气体为乙烯、乙烷、丙烯以及丙烷中的一种。

7.如权利要求1-5任一项所述的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的装置，其特征在于：所述第一生长气体包括氢气、乙烯、tcs、氯化氢以及掺杂剂。

8.一种改善碳化硅外延片掺杂均匀性的方法，其特征在于，包括如下过程：

9.如权利要求8所述的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的方法，其特征在于：在步骤s300中，乙烯的流量为22sccm，tcs的流量为80sccm。

10.如权利要求8所述的改善碳化硅外延片掺杂均匀性的方法，其特征在于：在步骤s400中，腔室的温度调节至1600~1620℃；掺杂剂为氮气，且中间气路的氮气占总氮气量的60%~80%。

技术总结
本申请公开了一种改善碳化硅外延片掺杂均匀性的方法及装置，装置包括外延炉；外延炉内水平设置有用于碳化硅生长的腔室，腔室的前端连通有水平延伸的导气管，导气管适于通过水平延伸的第一管路向腔室内通入第一生长气体；导气管的顶部设置有垂直第一管路进行连通的第二管路，第二管路适于向腔室内通入第二生长气体。方法可以利用上述的装置进行碳化硅外延层的生长以及掺杂。本申请的有益效果：本申请通过在传统方式的基础上增加第二管路，通过第二管路向腔室内通入为外延片生长提供碳原子的第二生长气体。并且通过对第二管路的结构尺寸和位置尺寸进行设计，以及对第二生长气体的气压进行控制，可以有效的改善碳化硅外延片掺杂的均匀性。

技术研发人员：饶威,浩瀚,周勋
受保护的技术使用者：宁波合盛新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25