一种碳化硅外延片及制备方法和半导体器件与流程
本发明涉及半导体，具体涉及一种碳化硅外延片及制备方法和半导体器件。
背景技术：
1、目前，sic材料作为一种具有具有诸多优点的第三代半导体材料，广泛应用各领域中，其中对半导体器件，如三极管，二极管和mos晶体管等性能要求较高的集成电路工艺中，埋层技术的发展很大程度上影响着集成电路的性能以及制造工艺的发展，埋层技术可以减少器件的导通电阻以及提高集成度和抗干扰能力，进而减少功耗，降低寄生电容，从而提高器件的工作效率。
2、当用，常用埋层工艺包括对外延层进行铝元素注入等方式进行实现，如cn105762176a公开了一种碳化硅mosfet器件及其制作方法，器件包括漏极金属、n+衬底、n-漂移区；n-漂移区的内部设有凹槽，制作方法包括步骤：在外延片上刻蚀出凹槽，该凹槽和光刻对准标记同时形成；n-外延上淀积多晶硅并刻蚀形成离子注入阻挡层图形；以多晶硅为掩膜铝离子注入形成p型基区；淀积二氧化硅并反刻形成侧墙，利用自对准工艺氮离子注入形成n+源区；去掉多晶硅和二氧化硅，再淀积一层多晶硅并形成离子注入阻挡层图形；铝离子注入形成p+接触区域；除去多晶硅，进行离子注入激活退火和栅氧氧化。
3、虽然通过al离子注入的sic埋层结构可以将相同掺杂浓度下的器件的击穿电压提高近一倍，但al离子会被重新刻蚀进入反应腔体，造成al离子污染，影响器件的性能，导致漏电流的增加。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅外延片及制备方法和半导体器件，以解决采用al自理注入的埋层结构存在半导体器件的漏电流增加的缺陷。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供了一种碳化硅外延片，所述碳化硅外延片包括碳化硅衬底，及依次设置于碳化硅衬底上的缓冲层、第一外延层、第二外延层、第三外延层、第四外延层和第五外延层；
4、所述第四外延层进行氟元素注入。
5、本发明提供的碳化硅外延片，通过在第四外延层上进行氟元素注入，对第四外延层的电子进行了耗尽，从而形成埋层结构进而避免al离子的污染，避免了器件漏电流的增加。
6、作为本发明优选的技术方案，所述缓冲层的厚度为1.5-3μm。
7、优选地，所述缓冲层包括掺氮碳化硅层。
8、优选地，所述缓冲层内氮原子的含量为1×1017-2×1018个/cm3。
9、作为本发明优选的技术方案，所述第一外延层的厚度为1.5-3μm。
10、优选地，所述第一外延层包括n型碳化硅外延层。
11、优选地，所述第一外延层内氮原子的含量为0.5×1016-2×1016个/cm3。
12、作为本发明优选的技术方案，所述第二外延层的厚度为0.1-0.3μm。
13、优选地，所述第二外延层包括本征外延层。
14、优选地，所述第三外延层的厚度为0.1-0.3μm。
15、优选地，所述第三外延层包括岛状本征外延层。
16、作为本发明优选的技术方案，所述第四外延层的厚度为1-2μm。
17、优选地，所述第四外延层包括n型碳化硅外延层。
18、优选地，所述第四外延层内氮原子的含量为0.5×1016-2×1016个/cm3。
19、优选地，所述第四外延层中氟元素的含量为1.8×1015-2.2×1015个/cm3。
20、优选地，所述第五外延层的厚度为5-100μm。
21、优选地，所述第五外延层包括n型碳化硅外延层。
22、优选地，所述第五外延层内氮原子的含量为0.5×1016-2×1016个/cm3。
23、第二方面，本发明提供了一种碳化硅外延片的制备方法，所述制备方法包括：对碳化硅衬底依次进行刻蚀、缓冲层生长、第一外延层生长、第二外延层生长、第三外延层生长、第四外延层生长、氟元素注入和第五外延层生长，得到碳化硅外延片。
24、作为本发明优选的技术方案，所述刻蚀的方式包括高温刻蚀。
25、优选地，所述刻蚀中氢气的流量为100-800slm。
26、优选地，所述刻蚀的生长温度为1620-1680℃。
27、优选地，所述刻蚀的生长压力为50-100mbar。
28、优选地，所述刻蚀的维持时间为5-20min。
29、优选地，所述缓冲层生长中的生长温度为1620-1680℃。
30、优选地，所述缓冲层生长中的生长压力为50-100mbar。
31、优选地，所述缓冲层生长中硅源气体的流量为50-100sccm。
32、优选地，所述缓冲层生长中碳源气体的流量为30-80sccm。
33、优选地，所述缓冲层生长中n型掺杂剂的流量为20-30sccm。
34、作为本发明优选的技术方案，所述第一外延层生长中的生长温度为1620-1680℃。
35、优选地，所述第一外延层生长中的生长压力为50-100mbar。
36、优选地，所述第一外延层生长中硅源气体的流量为300-600sccm。
37、优选地，所述第一外延层生长中碳源气体的流量为400-600sccm。
38、优选地，所述第一外延层生长中n型掺杂剂的流量为5-10sccm。
39、优选地，所述第二外延层生长中的生长温度为1620-1680℃。
40、优选地，所述第二外延层生长中的生长压力为50-100mbar。
41、优选地，所述第二外延层生长中硅源气体的流量为300-600sccm。
42、优选地，所述第二外延层生长中碳源气体的流量为400-600sccm。
43、优选地，所述第三外延层生长中的生长温度为1380-1420℃。
44、优选地，所述第三外延层生长中的生长压力为500-800mbar。
45、优选地，所述第三外延层生长中硅源气体的流量为20-40sccm。
46、优选地，所述第三外延层生长中碳源气体的流量为20-40sccm。
47、作为本发明优选的技术方案，所述第四外延层生长中的生长温度为1620-1680℃。
48、优选地，所述第四外延层生长中的生长压力为50-100mbar。
49、优选地，所述第四外延层生长中硅源气体的流量为300-600sccm。
50、优选地，所述第四外延层生长中碳源气体的流量为400-600sccm。
51、优选地，所述第四外延层生长中n型掺杂剂的流量为5-10sccm。
52、优选地，所述氟元素注入为向第四外延层顶部注入含氟气体。
53、优选地，所述含氟气体包括四氟化碳。
54、优选地，所述氟元素注入中含氟气体的流量为56-165sccm。
55、优选地，所述氟元素注入中的射频功率为55-150w。
56、优选地，所述氟元素注入的时间为60-180s。
57、优选地，所述第五外延层生长中的生长温度为1620-1680℃。
58、优选地，所述第五外延层生长中的生长压力为50-100mbar。
59、优选地，所述第五外延层生长中硅源气体的流量为300-600sccm。
60、优选地，所述第五外延层生长中碳源气体的流量为400-600sccm。
61、优选地，所述第五外延层生长中n型掺杂剂的流量为5-10sccm。
62、第三方面，本发明提供一种半导体器件，所述半导体器件包括如第一方面所述碳化硅外延片。
63、与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
64、本发明提供的碳化硅外延片通过对外延层进行特定的设计，采用多层外延层配合，同时针对特定的第四外延层进行氟注入处理，可以显著降低碳化硅外延片的漏电流，有利于提升碳化硅外延片的使用性能。
技术特征：
1.一种碳化硅外延片，其特征在于，所述碳化硅外延片包括碳化硅衬底，及依次设置于碳化硅衬底上的缓冲层、第一外延层、第二外延层、第三外延层、第四外延层和第五外延层；
2.如权利要求1所述碳化硅外延片，其特征在于，所述缓冲层的厚度为1.5-3μm；
3.如权利要求1或2所述碳化硅外延片，其特征在于，所述第一外延层的厚度为1.5-3μm；
4.如权利要求1-3任一项所述碳化硅外延片，其特征在于，所述第二外延层的厚度为0.1-0.3μm；
5.如权利要求1-4任一项所述碳化硅外延片，其特征在于，所述第四外延层的厚度为1-2μm；
6.一种碳化硅外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：对碳化硅衬底依次进行刻蚀、缓冲层生长、第一外延层生长、第二外延层生长、第三外延层生长、第四外延层生长、氟元素注入和第五外延层生长，得到碳化硅外延片。
7.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述刻蚀的方式包括高温刻蚀；
8.如权利要求6或7所述制备方法，其特征在于，所述第一外延层生长中的生长温度为1620-1680℃；
9.如权利要求6-8任一项所述制备方法，其特征在于，所述第四外延层生长中的生长温度为1620-1680℃；
10.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括如权利要求1-5所述碳化硅外延片。
技术总结
本发明涉及一种碳化硅外延片及制备方法和半导体器件，具体涉及半导体技术领域，所述碳化硅外延片包括碳化硅衬底，及依次设置于碳化硅衬底上的缓冲层、第一外延层、第二外延层、第三外延层、第四外延层和第五外延层；所述第四外延层进行氟元素注入。本发明提供的碳化硅外延片，通过在第四外延层上进行氟元素注入，对第四外延层的电子进行了耗尽，从而形成埋层结构进而避免Al离子的污染，避免了器件漏电流的增加。
技术研发人员：姚力军,费磊,郭付成,边逸军,左万胜,张剑,周建平
受保护的技术使用者：嘉兴晶丰芯驰半导体材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23