碳化硅（SiC）外延層在半導(dǎo)體材料制備過程中具有重要地位，而其基平面位錯(cuò)（BPD）對(duì)外延器件的性能有著關(guān)鍵性影響。BPD會(huì)導(dǎo)致器件性能的退化甚至失效，特別是在雙極性器件中尤為顯著。因此，在碳化硅外延生長(zhǎng)過程中，有效抑制和減少BPD的形成是提高器件性能的重要措施。本文將介紹一種改善碳化硅外延層基平面位錯(cuò)的生長(zhǎng)方法。

一、背景介紹

在碳化硅外延生長(zhǎng)過程中，襯底中的位錯(cuò)會(huì)在外延層中復(fù)制或轉(zhuǎn)化。螺型位錯(cuò)（TSD）和刃位錯(cuò)（TED）對(duì)器件性能的影響相對(duì)較小，而BPD則會(huì)在載流子注入過程中成為Shockley型堆垛層錯(cuò)的源頭，導(dǎo)致載流子壽命降低和漏電流增加，引發(fā)所謂的“雙極退化”。因此，減少和抑制BPD的形成是提升器件性能的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的抑制BPD的方法包括利用關(guān)閉生長(zhǎng)源和摻雜源，通過氫氣進(jìn)行界面高溫退火處理，以及進(jìn)行高摻緩沖層和漸變緩沖層處理。然而，這些方法難以全部消除襯底的影響，且存在氫氣刻蝕作用，容易導(dǎo)致緩沖層變薄和退火時(shí)間過長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。

二、改善方法

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出了一種新的改善碳化硅外延層基平面位錯(cuò)的生長(zhǎng)方法，該方法包括以下步驟：

等離子清洗：將需要外延生長(zhǎng)的碳化硅襯底放入等離子清洗機(jī)進(jìn)行Plasma清洗。清洗的氣體流量比例為O2:N2:CF4=5:2:1，處理時(shí)間為5-20分鐘，工作壓力在200-350mtorr，功率在3-12KW。等離子清洗可以消除襯底表面的微小雜質(zhì)，提高襯底表面態(tài)能，促使碳化硅鍵能結(jié)合，有利于外延層與襯底的臺(tái)階式壘晶生長(zhǎng)。

緩沖層生長(zhǎng)：將清洗后的碳化硅襯底放置到碳化硅外延爐反應(yīng)室內(nèi)的生長(zhǎng)位置，向反應(yīng)室內(nèi)逐步通入氫氣，并通入小流量的硅源、碳源氣體和摻雜源氮?dú)猓钡街鳉饬髁髁窟_(dá)到60-100slm，升溫至1600～1700℃，進(jìn)行第1層緩沖層生長(zhǎng)。碳源氣體可以是甲烷、乙烯、乙炔或丙烷，硅源氣體可以是硅烷、二氯氫硅、三氯氫硅或四氯氫硅。

高溫?zé)崽幚硇迯?fù)晶格：在完成一層緩沖層生長(zhǎng)后，進(jìn)行一次高溫?zé)崽幚硇迯?fù)晶格。快速升溫到1650～1800℃，同時(shí)關(guān)閉碳源、硅源氣體和氫氣，僅通入氮?dú)?，氣體流量在50-200sccm之間，保持10～20分鐘后，迅速降溫到緩沖層反應(yīng)溫度。這一步驟可以抑制從襯底轉(zhuǎn)化不良和未轉(zhuǎn)化的BPD。

重復(fù)緩沖層生長(zhǎng)和高溫?zé)崽幚恚哼M(jìn)行第二層和第三層緩沖層生長(zhǎng)，每完成一層緩沖層生長(zhǎng)后，都進(jìn)行一次高溫?zé)崽幚硇迯?fù)晶格。這一步驟的操作與第1次高溫?zé)崽幚硐嗤?。多次高溫?zé)崽幚砜梢源_保BPD抑制效果的穩(wěn)定性，減少BPD抑制的情況。

外延層生長(zhǎng)：完成第三層緩沖層生長(zhǎng)后，進(jìn)行常規(guī)的外延層生長(zhǎng)。

降溫和取出：完成完整結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)后，關(guān)閉反應(yīng)氣體，同時(shí)降溫到700～1000℃，取出碳化硅外延片。

三、技術(shù)特點(diǎn)與效果

本發(fā)明的改善碳化硅外延層基平面位錯(cuò)的生長(zhǎng)方法具有以下技術(shù)特點(diǎn)和效果：

提高BPD轉(zhuǎn)化效率：通過多次高溫?zé)崽幚硇迯?fù)晶格，可以有效提高BPD向TED的轉(zhuǎn)化效率，抑制外延層中BPD的形成。

提升產(chǎn)品質(zhì)量：減少BPD的形成，可以顯著提升碳化硅外延層的質(zhì)量，進(jìn)而提高器件的性能和可靠性。

簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝：本方法簡(jiǎn)化了碳化硅外延生長(zhǎng)的生產(chǎn)工藝，減少了氫氣刻蝕步驟，提高了生產(chǎn)效率。

降低成本：通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低了碳化硅半導(dǎo)體材料的成本，有利于碳化硅材料的商業(yè)化發(fā)展。

四、結(jié)論

綜上所述，本發(fā)明提供了一種改善碳化硅外延層基平面位錯(cuò)的生長(zhǎng)方法，通過等離子清洗、多層緩沖層生長(zhǎng)和多次高溫?zé)崽幚硇迯?fù)晶格，可以有效抑制外延層中BPD的形成，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這一方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于推動(dòng)碳化硅半導(dǎo)體材料的商業(yè)化發(fā)展具有重要意義。

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)以光學(xué)相干層析成像原理，可解決晶圓/晶片厚度TTV（Total Thickness Variation，總厚度偏差）、BOW（彎曲度）、WARP（翹曲度），TIR（Total Indicated Reading 總指示讀數(shù)，STIR（Site Total Indicated Reading 局部總指示讀數(shù)），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等這類技術(shù)指標(biāo)。

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)，全新采用的第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相比傳統(tǒng)上下雙探頭對(duì)射掃描方式；可一次性測(cè)量所有平面度及厚度參數(shù)。

1，靈活適用更復(fù)雜的材料，從輕摻到重?fù)絇型硅(P++)，碳化硅，藍(lán)寶石，玻璃，鈮酸鋰等晶圓材料。

重?fù)叫凸瑁◤?qiáng)吸收晶圓的前后表面探測(cè)）

粗糙的晶圓表面，（點(diǎn)掃描的第三代掃頻激光，相比靠光譜探測(cè)方案，不易受到光譜中相鄰單位的串?dāng)_噪聲影響，因而對(duì)測(cè)量粗糙表面晶圓）

低反射的碳化硅(SiC)和鈮酸鋰(LiNbO3)；（通過對(duì)偏振效應(yīng)的補(bǔ)償，加強(qiáng)對(duì)低反射晶圓表面測(cè)量的信噪比）

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時(shí)測(cè)量多層結(jié)構(gòu)，厚度可從μm級(jí)到數(shù)百μm級(jí)不等。

可用于測(cè)量各類薄膜厚度，厚度可低至4μm，精度可達(dá)1nm。

2，可調(diào)諧掃頻激光的“溫漂”處理能力，體現(xiàn)在復(fù)雜工作環(huán)境中抗干擾能力強(qiáng)，充分提高重復(fù)性測(cè)量能力。

3，采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，一改過去傳統(tǒng)SLD寬頻低相干光源的干涉模式，解決了由于相干長(zhǎng)度短，而重度依賴“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的情況。優(yōu)秀的抗干擾，實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，同時(shí)也可兼容匹配EFEM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線自動(dòng)化集成測(cè)量。

4，靈活的運(yùn)動(dòng)控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測(cè)量。