外延片.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103789822 A (43)申请公布日 2014.05.14 CN 103789822 A (21)申请号 201310520811.X (22)申请日 2013.10.29 10-2012-0122005 2012.10.31 KR 10-2012-0137988 2012.11.30 KR C30B 25/02(2006.01) (71)申请人 LG 伊诺特有限公司 地址 韩国首尔 (72)发明人 姜石民 金知慧 (74)专利代理机构 北京鸿元知识产权代理有限 公司 11327 代理人 许向彤 陈英俊 (54) 发明名称 外延片 (57) 摘要 所公开的是一种

2、外延片， 包括衬底和设置在 所述衬底上的外延结构， 其中所述外延结构掺杂 有 n- 型或 p- 型掺杂物并且具有 10% 或更小的掺 杂均匀度。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 12 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书12页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103789822 A CN 103789822 A 1/1 页 2 1. 一种外延片， 包括 ： 衬底 ； 以及 设置在所述衬底上的外延结构， 其中所述外延结构掺杂有 n- 型或 p- 型掺杂物并且具有 10% 或更小的掺杂均匀度

3、。 2. 根据权利要求 1 所述的外延片， 其中所述外延片从其中心到边缘具有所述掺杂均匀 度。 3. 根据权利要求 1 和 2 中任一项所述的外延片， 其中所述外延结构包括 ： 第一外延层 ； 以及 设置在所述第一外延层上的第二外延层。 4. 根据权利要求 3 所述的外延片， 其中所述第二外延层具有 0.5/cm2或更小的表面缺 陷密度。 5. 根据权利要求 3 所述的外延片， 其中所述第一外延层的组成与所述第二外延层的组 成相同。 6. 根据权利要求 3 所述的外延片， 其中所述第一外延层按第一掺杂浓度进行掺杂， 所 述第二外延层按第二掺杂浓度进行掺杂， 并且所述第一掺杂浓度大于所述第二掺杂

4、浓度。 7. 根据权利要求 3 所述的外延片， 其中所述衬底是碳化硅衬底且所述第一外延层和所 述第二外延层中每一个包括碳化硅。 8.根据权利要求7所述的外延片， 其中掺杂有n-型掺杂物的所述第一外延层和所述第 二外延层中每一个包括碳氮化硅 （SiCN） 。 9.根据权利要求7所述的外延片， 其中掺杂有p-型掺杂物的所述第一外延层和所述第 二外延层中每一个包括铝碳化硅 （AlSiC） 。 10. 根据权利要求 3 所述的外延片， 其中所述第一外延层具有 1.0m 或更小的厚度。 权 利 要 求 书 CN 103789822 A 2 1/12 页 3 外延片 技术领域 0001 实施例涉及的是一种

5、外延片。 背景技术 0002 外延生长技术通常包括化学气相沉积法。根据该外延生长技术， 通过将气相 / 液 相 / 固相的硅复合物传送到单晶硅晶片 （或者说是衬底） 的表面上进行热分解或者说起到 热分解的作用， 这样来对晶片加热。 同时， 通过使单晶结构连续生长将硅层压到单晶硅晶片 上， 来制得外延片。如果要使制造的外延片具有特定的极性， 例如 n- 型或 p- 型， 那么在这 种情况下， 在外延生长法的过程中， 向腔室内注入预定的掺杂气体。 0003 关键是， 接受掺杂的外延片的掺杂均匀度要满足设计规范规定的公差。有一种传 统方法可以实现此目的， 在这种方法中， 晶片、 缓冲层和有源层的掺杂

6、浓度不同， 同时， 缓冲 层的掺杂浓度要比有源层的高。 但是， 尽管使用了这种方法， 掺杂均匀度仍然无法达到所需 的水平。 发明内容 0004 各实施例提供了一种高质量的外延片， 其具有改进的掺杂均匀度因此其特性和产 率也得到了加强。 0005 在一项实施例中， 外延片包括衬底和设置在所述衬底上的外延结构， 其中所述外 延结构可以掺杂有 n- 型或 p- 型掺杂物并且具有 10% 或更小的掺杂均匀度。掺杂均匀度可 以是 9% 或更小。 0006 所述外延片可以从其中心到边缘具有所述掺杂均匀度。 0007 所述外延结构可以包括第一外延层和设置在所述第一外延层上的第二外延层。 0008 所述第一外

7、延层可以设置在所述衬底与所述第二外延层之间， 使得在向所述外延 片施加电压时诱发的漏电流受到抑制。 0009 所述第一外延层可以设置在所述衬底与所述第二外延层之间， 使得所述衬底与所 述第二外延层之间的晶格失配减小， 由此所述第二外延层的表面缺陷减少。 0010 所述第二外延层可以具有 0.5/cm2或更小的表面缺陷密度。 0011 所述第一外延层的组成可以与所述第二外延层组成相同。 0012 所述第一外延层可以按第一掺杂浓度进行掺杂， 所述第二外延层可以按第二掺杂 浓度进行掺杂， 并且所述第一掺杂浓度可以大于所述第二掺杂浓度。 0013 所述衬底可以是碳化硅衬底且所述第一外延层和所述第二外延

8、层中每一个可以 包括碳化硅。 0014 掺杂有 n- 型掺杂物的所述第一外延层和所述第二外延层中每一个可以包括碳氮 化硅 （SiCN） ， 且掺杂有 p- 型掺杂物的所述第一外延层和所述第二外延层中每一个可以包 括铝碳化硅 （AlSiC） 。 0015 所述第一外延层可以具有 1.0m 或更小的厚度。 说 明 书 CN 103789822 A 3 2/12 页 4 0016 所述第一外延层可以具有 0.5m 到 1.0m 的厚度。 0017 在另一项实施例中， 半导体装置包括所述外延片以及设置在所述第二外延层上的 源极和漏极。 0018 所述半导体装置可以是金属半导体场效应晶体管 （MESFE

9、T） 。 0019 在另一项实施例中， 一种用于在腔室中制造在衬底上具有外延结构的外延片的方 法可以包括 ： 将所述衬底设置于所述腔室中， 以及在使所述衬底旋转的同时将包括生长气 体和掺杂气体的反应气体注入到所述腔室中， 来在所述衬底上对外延结构掺杂并使其生 长。 0020 所述生长气体可以包括硅和碳， 所述掺杂气体中的源气体的稀释率可以根据外延 结构的碳硅比值 （C/Si） 进行确定， 所述源气体所含的是掺杂到外延结构中的掺杂元素。 0021 当 C/Si 比值是 1 或更大时， 源气体的稀释率可以确定为在 1/100 到 1/10 的范围 内。此外， 当 C/Si 比值小于 1 时， 源气

10、体的稀释率可以确定为在 1/70 到 1/30 的范围内。 0022 所述掺杂气体可以包括源气体和稀释气体， 且源气体的稀释率可以表示如下。 0023 0024 在将反应气体注入腔室内时衬底的旋转速度可以确定为在 50rpm 到 100rpm 或 50rpm 到 70rpm 的范围内。 0025 所述外延结构的生长可以包括将第一外延层生长于所述衬底上以及将第二外延 层生长于所述第一外延层上， 其中， 所述第一外延层的生长和所述第二外延层的生长可以 没有间歇地连续执行。 0026 所述第一外延层可以按第一生长速度生长， 所述第二外延层可以按第二生长速度 生长， 并且所述第一生长速度可以低于所述第

11、二生长速度。 0027 在所述第一外延层的生长期间， 所述外延结构的碳硅比值 （C/Si） 可以控制在 0.7 到小于 1 的值， 在所述第二外延层的生长期间， 碳硅比值 （C/Si） 可以控制在 1 或更大。 0028 所述外延结构的掺杂和生长可以进一步包括在所述第一外延层生长之后、 所述第 二外延层生长之前通过将反应气体注入到所述衬底上按特定的生长速度执行的中间生长， 所述生长速度线性式或步进式地从第一生长速度增加到第二生长速度。 0029 在所述第一外延层生长期间， 注入在反应气体中所包含的掺杂气体和稀释气体， 使得下面的等式所定义的注入参数满足 1/45min/Ml 到 1/10min

12、/Ml。 0030 0031 在所述第二外延层生长期间， 可以注入生长气体和稀释气体， 使得注入参数满足 1/20min/Ml 到 1min/Ml。 0032 在所述第一外延层生长期间， 反应气体中所含的生长气体的流量与稀释气体的流 量的比值是 1/4,000 到 1/3,000， 在所述第二外延层生长期间， 反应气体中所含的生长气体 的流量与稀释气体的流量的比值是 1/1,000 到 1/600。 0033 在所述第一外延层生长期间， 碳硅比值 （C/Si） 可以是 0.5 到 0.8， 在所述第二外延 说 明 书 CN 103789822 A 4 3/12 页 5 层生长期间该比值可以是0

13、.8到1.2， 同时外延结构生长的温度和压力可以分别是1,600 到 1,650和 70 毫巴到 120 毫巴。 0034 反应气体中， 掺杂气体可以包括氮气且稀释气体可以包括氢气。 附图说明 0035 下面将参看附图详细地说明各种配置和实施例， 在图中， 类似的附图标记表示相 同的元件， 其中 ： 0036 图 1A 到图 1C 是说明用于制造根据一项实施例的外延片的方法的截面图 ； 0037 图 2 是说明用于制造根据一项实施例的外延片的方法的流程图 ； 0038 图 3 是示出采用上述用于制造根据所述实施例的外延片的方法制得的外延片的 掺杂均匀度的曲线图 ； 0039 图 4 是说明根据

14、一项实施例的外延片的截面图 ； 0040 图 5 是根据另一项实施例的外延片的截面图 ； 0041 图 6 是说明用于制造根据另一项实施例的外延片的方法的流程图 ； 0042 图 7 和图 8 示出了根据一项实例进行外延掺杂和生长得到的缓冲层和有源层 ； 以 及 0043 图9和图10示出了根据一项比较例进行外延掺杂和生长得到的缓冲层和有源层。 具体实施方式 0044 现在详细说明优选实施例， 这些优选实施例的实例于附图中予以图示。本公开不 应被理解为受限于本文所陈述的各实施例， 而是包括与所附权利要求书所界定的本公开精 神与范围相符的各种修改、 变体、 等效形式和替代形式。 0045 应了解

15、， 尽管本文中使用包括第一或第二等这样的序数的术语来描述各种元件， 但是， 这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅仅用于将一个元件与另一个元件进 行区分。例如， 在不偏离本发明的教示的前提下， 第一元件可以被称作第二元件， 第二元件 也可以被称作第一元件。术语 “和 / 或” 包括多个相关术语或其组合中的任何一种。 0046 本公开使用的术语仅仅是为了实现对特定实施例进行描述的目的， 而不是意图限 制本公开。 如本公开和所附权利要求书中所使用的， 单数形式也意图包括复数形式， 除非文 中另有明确指示。应进一步了解， 当本说明书中使用 “包含” 和 / 或 “具有” 时， 它们表示了 所陈述

16、特征、 整体、 步骤、 操作、 元件、 部件或其组合的存在， 但并不排除一个或多个其他的 特征、 整体、 步骤、 操作、 元件、 部件和 / 或其组合的存在或新增。 0047 除非另有定义， 否则本文中使用的所有术语 （包括技术术语和科学术语） 所具有的 意义与本领域的普通技术人员通常所理解的一样。应进一步了解， 像常用词典中定义的这 些术语， 应该被解释成其意义与在相关技术和本公开的上下文中的意义一致， 而不应该将 它们解释得过于理想化或过于正式， 除非本文中另有明确定义。 0048 应了解， 当将层、 薄膜、 区域或衬底等元件称作位于层、 薄膜、 区域或衬底等另一元 件 “上” 时， 这个

17、元件可以是直接位于另一元件上， 或者也可以存在中间元件。对照而言， 当 将一个元件称作 “直接在” 另一个元件 “上” 时， 则不存在中间元件。 0049 下文中， 将参考附图详细描述各实施例。所有附图尽可能使用相同的附图标记来 说 明 书 CN 103789822 A 5 4/12 页 6 表示相同或类似的部分。重复的描述将省略。 0050 本实施例提供一种外延片， 这种外延片从其中心到边缘的掺杂均匀度是 10% 或更 小， 具体地讲是 9% 或更小， 以及一种用于制造这种外延片的方法。 0051 这里， 外延片的掺杂均匀度表示标准偏差与掺杂浓度的平均值之间的百分比， 而 且可以表示成下文的

18、等式 1。 0052 等式 1 0053 0054 这里， mean表示掺杂浓度的平均值， 表示掺杂浓度的标准偏差。 掺杂均匀度(%) 的值越是减小， 掺杂越均匀。 0055 根据本实施例， 外延片的掺杂均匀度可以在掺杂过程中通过各种参数加以改进， 这些参数如 ： 温度、 压力、 C/Si 比值、 Si/H2比值、 衬底 （或晶片） 的旋转速度、 掺杂气体的稀 释率、 稀释气体与源气体的比值， 等等。 0056 在前述参数中， 与所注入的掺杂气体的实际掺杂元素相对应的源气体的稀释率可 以作为掺杂均匀度的改进中最关键的参数。因此， 用于制造根据一项实施例的外延片的方 法有助于通过源气体的稀释率改

19、进掺杂均匀度。下文中， 将参看附图描述根据该实施例的 外延片和用于制造该外延片的方法。 0057 根据本实施例， 可以制造出自中心到边缘均匀掺杂的外延片， 这样的外延片具有 误差范围是 10% 或更小的掺杂均匀度。在为此而注入的掺杂气体中源气体的稀释率是根据 C/Si 比值进行适当控制的， 因此， 衬底的旋转速度也由此得到适当的控制。 0058 图1A到图1C是说明用于制造根据一项实施例的外延片的方法200A的截面图。 图 2 是说明用于制造根据一项实施例的外延片的方法 200A 的流程图。 0059 下文中， 参看图1A到图1C描述图2中示例性示出的用于制造外延片的方法200A， 但是， 该

20、实施例不限于图 1A 到图 1C 所示出的截面图。 0060 在用于制造根据该实施例的外延片的方法 200A 中， 如图 1A 所示例性示出， 衬底 110 设置在反应腔室 （未图示） 中 （步骤 210） 。这里， 衬底 110 可以是半导体衬底， 例如是基 于碳化硅的衬底。此外， 衬底 110 可以是如图 1A 到图 1C 中所示出的 4H-SiC 衬底， 但是， 该 实施例不限于此。也就是说， 除了 4H-SiC 衬底外， 还可以根据在根据该实施例的外延片上 最终形成的元件或产品的类型而使用像 6H-SiC、 3C-SiC 或 15R-SiC 等衬底。 0061 在步骤 210 后， 将

21、反应气体 （或者称反应源） 注入腔室内， 并且使衬底 110 旋转， 从 而将外延层 115、 117 和 119 生长于衬底 110 上 （步骤 220 到步骤 240） 。 0062 这里， 外延结构可以包括多个外延层115、 117和119， 但是， 该实施例不限于此。 如 果将由特定物质制成的材料层压或生长到衬底 110 上来形成层压层 （未图示） ， 那么可能会 由于衬底 110 与该层压层之间的晶格常数失配而导致难以确保该层压层的可靠性。为了解 决这个问题， 如图 1A 中所示例性示出， 外延层 115 可以作为缓冲层层压到衬底 110 上。接 着， 如图 1B 中所示例性示出，

22、第一外延层 117 生长到缓冲层 115 上。然后， 如图 1C 所示例 性示出， 第二外延层 119 生长到第一外延层 117 上。这里， 可以略去缓冲层 115 的生长。 0063 首先， 注入用于在衬底 110 上进行外延掺杂生长的反应气体 （步骤 220） 。这里， 反 说 明 书 CN 103789822 A 6 5/12 页 7 应气体可以包括用作外延生长源的生长气体和用于生长过程中的掺杂的掺杂气体， 但是， 该实施例不限于此。 0064 前述掺杂气体可以包括源气体和用于稀释源气体的稀释气体， 所述源气体对应于 实际被掺杂到通过外延生长而层压得到的外延层115、 117和119上的

23、元素， 但是， 该实施例 不限于此。 0065 根据该实施例， 当将反应气体注入到腔室内时， 对衬底 110 的旋转速度进行控制 （或者称调整） ， 同时对掺杂气体中的源气体的稀释率进行控制 （步骤 230） 。根据如图 2 中 所示例性示出的用于制造外延片的方法 200A， 在步骤 220 后， 执行步骤 230 然后执行步骤 240。但是， 步骤 220 到步骤 240 也可以同时执行。对衬底 110 的旋转速度以及源气体的稀 释率进行的控制可以按照以下方法执行。 0066 首先， 如果执行外延生长所在的衬底 110 是基于碳化硅的衬底 （例如是 4H-SiC 衬底） ， 如图 1A 到图

24、 1C 所示例性示出， 那么可以用作外延生长的生长气体的是 ： 含碳和 硅的液态、 气态或固态物质 （或化合物） ， 例如， SiH4+C3H8+H2、 MTS(CH3SiCl3)、 TCS(SiHCl3)、 SixCx(1 x 17)、 SixCy(1 x 17， 1 y 18)， 这些材料的晶格常数与衬底 110 的相 匹配。如果情况是， 通过上文所述的外延生长方法层压到衬底 110 上的外延层 115、 117 和 119 掺杂了 n- 型掺杂物， 那么可以使用氮气 （N2） 等 V 族元素作为源气体， 但是， 该实施例不 限于这种源气体物质。 0067 此外， 反应气体可以根据对外延层

25、 115、 117 和 119 进行层压时所在的衬底 110 的 材料和类型加以改变。 此外， 实际上涉及掺杂的源气体也可以根据掺杂类型 （n-型或p-型） 进行改变。为了使描述简便且重点突出， 在以下说明中会假设外延掺杂生长是在基于碳化 硅的衬底 110 上执行的， 使用氮气作为源气体， 但是， 该实施例不限于此。 0068 此外， 这里的说明还假设氢气 （H2） 是稀释气体， 用于对源气体也就是氮气进行稀 释， 但是， 该实施例不限于此。例如， 惰性气体 （例如， Ar 或 He） 也可以用作稀释气体。 0069 关于步骤 220 中注入的掺杂气体， 源气体的稀释率可以表示成以下的等式 2

26、。 0070 等式 2 0071 0072 根据该实施例， 源气体的稀释率可以根据外延结构115、 117和119的碳硅比值 （C/ Si） 来确定， 其中源气体的稀释率与注入到腔室内的掺杂气体中实际掺杂到外延层 115、 117 和 119 上的掺杂元素相对应。当外延层 115、 117 和 119 的 (C/Si) 比值是 1 或更大时， 如果 源气体的稀释率小于 1/100 或高于 1/10， 这时等式 1 所表示的掺杂均匀度可能会恶化。因 此， 当外延层115、 117和119的C/Si比值是1或更大时， 源气体的稀释率可以设置在1/100 到 1/10 的范围内。 0073 此外，

27、当外延层 115、 117 和 119 的 C/Si 比值低于 1 时， 如果源气体的稀释率小于 1/70或高于1/30， 这时等式1所表示的掺杂均匀度也可能会恶化。 因此， 当外延层115、 117 和 119 的 C/Si 比值低于 1 时， 可以对源气体的稀释率进行控制， 将其设置在 1/70 到 1/30 的范围内。 0074 此外， 掺杂气体通过设置在这个腔室内的入口加以供应， 通过一个出口排出， 由此 说 明 书 CN 103789822 A 7 6/12 页 8 使腔室内的掺杂气体的浓度保持恒定。 但是， 实际上， 因为设置了入口的这个区域的掺杂浓 度可能要比设置了出口的这个区域

28、的掺杂浓度高， 所以， 可能无法做到对于从衬底 110 的 中心到边缘的整个表面以均匀的浓度来供应掺杂气体， 这是不利的。因此， 根据该实施例， 当生长外延层 115、 117 和 119 时， 使衬底 110 发生旋转。当衬底 110 的旋转速度小于 50rpm 或大于 100rpm 时， 外延片的掺杂均匀度可能会恶化。因此， 如果对衬底 110 的旋转速度进 行控制， 例如将其设置在 50rpm 到 100rpm 的范围内， 那么供应到衬底 110 上的掺杂气体的 浓度便可以保持恒定。 0075 图 3 是示出采用上述用于制造根据所述实施例的外延片的方法 200A 制得的外延 片的掺杂均匀

29、度的曲线图。在图 3 中， x 轴表示测试次数， y 轴表示外延片的掺杂均匀度。 0076 图 3 中所示例性示出的测试实例是在以下条件下得到的 ： 按上文所述的源气体稀 释率执行外延掺杂和生长， 同时使衬底 110 按上文所述的速度进行旋转。从图 3 可见， 所有 的 10 次测试的掺杂均匀度都满足 10% 或更小的误差范围。惯用产品的掺杂均匀度通常在 15% 或更小的误差范围内， 从这一事实可见， 外延层 115、 117 和 119 在根据该实施例的条件 下接受掺杂和生长所具备的掺杂均匀度相当好。 0077 因此， 根据如图 2 所示例性示出的用于制造外延片的方法 200A， 只需控制好

30、衬底 110的旋转速度， 同时根据外延层115、 117和119的C/Si比值适当控制源气体的稀释率， 便 可以确保获得相当好的掺杂均匀度。 0078 继续按照前述的条件控制来执行外延生长， 直到外延层生长到所设计的目标厚度 为止， 如图 2 的步骤 240 中所示。即， 在步骤 220 和 230 期间， 将外延层 115、 117 和 119 生 长到衬底 110 上 （步骤 240） 。 0079 外延层 115、 117 和 119 可以按照以下方法形成于衬底 110 上。 0080 用于制造根据本实施例的外延片的方法 200A 可以包括一个如图 1A 和图 1B 所示 预生长步骤，

31、以及如图 1C 所示的生长步骤。 0081 在预生长步骤中， 将用于外延生长的反应气体注入到设置在腔室内的衬底 110 上， 在预定的第一生长速度和第一生长温度下， 使外延层 115 和 117 生长到预定的第一厚 度。 0082 在生长步骤中， 将反应气体注入到衬底 110 上， 在预定的第二生长速度和第二生 长温度下将外延层 119 生长到目标厚度。第一生长速度低于第二生长速度， 并且生长步骤 和预生长步骤是没有间歇地连续执行的。 0083 例如， 第一生长速度可以设置成 3m/h 到 5m/h 或更小的速度 （也就是说， 以此 速度， 每小时将外延层 115 和 117 层压 3m 或更

32、小的厚度， 或者 5m 或更小的厚度） 。第 一生长速度和第二生长速度中每一种速度都可以通过控制注入到腔室内的反应气体的流 量来进行控制。 0084 大体而言， 当外延层 117 和 119 高速生长时， 要使外延层 117 和 119 均匀地发生层 压和生长可能比较困难。因此， 根据预生长步骤， 通过将温度维持在预定的第一生长温度， 反应气体的原子之间开始发生迁移， 由此提供了实现均匀生长的环境， 同时， 可以通过降低 生长速度， 确保让原子能够均匀分布和生长到衬底 110 上的时间。因此， 因为在外延层 119 生长之前， 外延层 115 和 117 通过预生长步骤生长于衬底 110 上，

33、 所以减小了衬底 110 与外 延层 119 之间的晶格失配， 并因此大大减少了外延层 119 的表面缺陷。 说 明 书 CN 103789822 A 8 7/12 页 9 0085 因此， 预生长步骤这一初步过程减小了在早期生长阶段因为晶格失配引起的表面 缺陷， 并由此而有益于生长步骤。因此， 约 0.5m 到约 1.0m 的厚度范围对于通过预生长 步骤生长成的外延层 （115 或 / 和 117） 已经足够。这里， 可以对通过预生长步骤生长成的 外延层 115 或 / 和 117 的厚度进行控制， 方式是， 通过控制第一生长温度、 第一生长速度， 以 及生长时间。 0086 在生长步骤中，

34、 外延层 119 适当地生长在根据预生长步骤生长成的外延层 115 和 117 上。因为生长步骤是跟随在预生长步骤后面的， 所以此生长步骤可以使外延层 119 按 远大于预生长步骤中的第一生长速度的第二生长速度生长。例如， 第二生长速度可以是 20m/h 或更大， 第二生长温度例如可以设置在从 1,500到 1,700的范围内。该生长步 骤可以一直执行到外延层 115、 117 和 119 的总厚度达到所需的目标厚度为止。同时， 所述 目标厚度可以根据外延片的利用目的和具体应用、 最终元件和产品的特征、 设计规范等等 加以改变。 0087 在上文所述的生长条件下， 可以实施控制以便让预生长步骤

35、获得 0.7 到小于 1 的 C/Si 比值， 并且让生长步骤获得 1 或更大的 C/Si 比值。因此， 在预生长步骤以及生长步骤 期间， 可以对预生长步骤进行控制， 以便将源气体的稀释率设置在 1/30 到 1/70 的范围内 ； 并且可以对生长步骤进行控制， 以便将源气体的稀释率设置在 1/10 到 1/100 的范围内。 0088 根据一项实施例， 生长步骤和预生长步骤是没有间歇地连续执行的。 即， 可以连续 执行预生长步骤和生长步骤， 而无需停止反应气体的注入 （同时不会停止生长步骤） 。生长 步骤的连续执行可以由以下方法来完成。 0089 首先， 可以在预生长步骤后紧接着执行生长步骤

36、。 或者， 可以在生长与预生长之间 插入一项中间生长步骤。中间生长步骤这一过程是用于通过在衬底 110 上注入反应气体来 生长外延层， 该中间生长步骤的生长速度会线性式地或步进式地从作为预生长步骤生长速 度的第一生长速度增加到作为生长步骤生长速度的第二生长速度。 0090 图 4 是说明根据一项实施例的外延片 300A 的截面图。 0091 图 4 中所示例性示出的外延片 300A 包括衬底 （或者称晶片） 310 和设置在衬底 310 上的外延结构 320。衬底 310 可以是半导体衬底， 例如可以是基于碳化硅的衬底。就此而 言， 外延结构 320 也可以是碳化硅结构。衬底 310 可以对应

37、于图 1A 到图 1C 所示例性示出 的衬底 110。 0092 外延结构 320 可以包括第一和第二外延层 322 和 324， 并且可以掺杂有 n- 型或 p-型掺杂物。 第一外延层322设置在衬底310上， 而第二外延层324设置在第一外延层322 上。第一外延层 322 和第二外延层 324 在生长过程中通过外延生长而成， 其中使衬底 310 进行旋转， 同时控制气体源的稀释率， 因此将掺杂均匀度保持在 10% 或更小。 0093 第一和第二外延层 322 和 324 可以分别对应于图 1B 和图 1C 中所示的第一和第二 外延层 117 和 119。在这种情况下， 如上文所述， 因为

38、用于形成第一外延层 322 的预生长步 骤和用于形成第二外延层 324 的生长步骤是连续执行且并未停止反应气体的注入， 所以第 一外延层 322 和第二外延层 324 可以具有相同的组成。 0094 可以将第一外延层 322 设置在衬底 310 与第二外延层 324 之间来抑制对外延片 300A施加电压后产生的漏电流。 同时， 第一外延层322的厚度可以是1m或更小， 例如， 厚 度是 0.5m 到 1.0m。 说 明 书 CN 103789822 A 9 8/12 页 10 0095 第二外延层 324 可以通过上述生长步骤形成到目标厚度， 并且表面缺陷密度是 0.5/cm2或更低。 009

39、6 衬底 310 可以是碳化硅 （SiC） 衬底， 第一外延层 322 和第二外延层 324 中每一个 都可以包括碳化硅。当衬底 310 是碳化硅 （SiC） 衬底， 并且第一外延层 322 和第二外延层 324 这两个层都是由 n- 型导电碳化硅形成时， 第一外延层 322 和第二外延层 324 中的每一 个都可以由碳氮化硅 （SiCN） 形成。 0097 或者， 当第一外延层 322 和第二外延层 324 这两个层都由 p- 型导电碳化硅形成 时， 第一外延层 322 和第二外延层 324 中每一个都可以由铝碳化硅 （AlSiC） 形成。 0098 根据该实施例的外延片300A的掺杂均匀度

40、改进为10%或更小， 同时展现出了特性 和产率加强等高质量。 0099 下文中， 将参看附图描述根据另一项实施例的外延片以及用于制造该外延片的方 法。 0100 根据另一项实施例， 外延片的掺杂均匀度的误差范围可以是 9% 或更小。为此， 注 入的掺杂气体中源气体的稀释率根据 C/Si 比值进行适当控制， 因此， 衬底的旋转速度也由 此得到适当的控制。 0101 图 5 是根据另一项实施例的外延片 300B 的截面图。图 6 是说明用于制造根据另 一项实施例的外延片的方法 200B 的流程图。 0102 参看图 5， 外延片 300B 包括衬底 （或者称晶片） 330 以及外延结构 340。

41、0103 衬底 330 可以与图 1A 到图 1C 或图 4 所示例性示出的衬底 110 和 310 相同， 并且 可以包括半导体衬底。例如， 衬底 330 可以是基于碳化硅的衬底。此外， 衬底 330 可以根据 最终要制造到外延片上的元件或产品的类型而为各种类型的衬底， 例如， 4H-SiC、 6H-SiC、 3C-SiC 或 15R-SiC。 0104 外延结构 340 可以设置在衬底 330 上， 并且可以掺杂有 n- 型或 p- 型掺杂物。外 延结构340可以包括通过外延生长形成的缓冲层 （或者称第一外延层） 342， 和通过外延生长 形成的有源层 （或者称第二外延层） 344。 01

42、05 缓冲层342设置在衬底330上， 有源层344设置在缓冲层342上。 当衬底330是基 于碳化硅的衬底时， 缓冲层 342 和有源层 344 也可以由掺杂的基于碳化硅的材料形成。缓 冲层 342 可以按第一掺杂浓度进行掺杂， 有源层 344 可以按第二掺杂浓度进行掺杂。 0106 提供缓冲层 342 来减小衬底 330 与有源层 344 之间的晶格常数差异造成的晶体缺 陷， 并且第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度。 例如， 缓冲层342的第一掺杂浓度是51017/cm3 到 71018/cm3， 而有源层 344 的第二掺杂浓度是 11015/cm3到 21016/cm3。 0107 根据图

43、5 和图 6 所示例性示出的实施例， 缓冲层 342 和有源层 344 的掺杂均匀度 是 9% 或更小。 0108 当衬底 330 是由碳化硅 （SiC） 来实现时， 缓冲层 342 和有源层 344 中每一个都可 以包括碳化硅。例如， 缓冲层 342 和有源层 344 中每一个都可以包括 n- 型导电碳化硅， 即， 碳氮化硅 （SiCN） ， 但是该实施例不限于此。根据另一项实施例， 缓冲层 342 和有源层 344 中 每一个都可以包括 p- 型导电碳化硅， 即， 铝碳化硅 （AlSiC） ， 但是该实施例不限于此。 0109 图 5 中所示例性示出的外延片 300B 可以如图 4 中所示

44、例性示出的外延片 300A 一 样应用到各种半导体装置上。 说 明 书 CN 103789822 A 10 9/12 页 11 0110 参看图 6， 将衬底 330 设置在反应腔室中 （步骤 260） 。步骤 260 可以与图 2 中所示 例性示出的步骤 210 相同。 0111 在步骤260后， 将反应气体注入到腔室内， 同时使衬底330在预定的旋转速度下旋 转， 通过在衬底 330 上掺杂来对外延结构 340 掺杂并使其生长 （步骤 270 和 280） 。 0112 首先， 以预定的旋转速度使衬底 330 旋转， 同时， 将用于使缓冲层 342 掺杂生长的 反应气体注入腔室内， 以便将

45、缓冲层 342 生长到衬底 330 上 （步骤 270） 。 0113 然后， 以预定的旋转速度使衬底330旋转， 并且将用于使有源层344掺杂生长的反 应气体注入腔室内， 以便将有源层 344 生长到缓冲层 342 上 （步骤 280） 。 0114 用于步骤 270 和 280 中的反应气体可以包括用作缓冲层 342 或有源层 344 的外延 生长源的生长气体 （或者称生长源） ， 用于在生长步骤期间掺杂的掺杂气体 （或者称掺杂源 或源气体） ， 以及用于稀释掺杂气体的稀释气体， 但是该实施例不限于此。 0115 根据该实施例， 在步骤 270 和 280 中， 对衬底 330 的旋转速度

46、、 反应气体的注入参 数以及生长气体的稀释率进行控制。对衬底 330 的旋转速度、 反应气体的注入参数以及生 长气体的稀释率的控制可以使用以下方法来完成。 0116 例如， 如果生长外延结构340所在的衬底330是基于碳化硅的衬底 （例如是4H-SiC 衬底） ， 那么可以用作外延生长的生长气体的是 ： 含碳和硅的液态、 气态或固态物质 （或化合 物） ， 例如， SiH4+C3H8+H2、 MTS(CH3SiCl3)、 TCS(SiHCl3)、 SixCx(1 x 17)、 SixCy(1 x 17， 1 y 18)， 这些材料的晶格常数与衬底 330 的相匹配。 0117 如果情况是， 通

47、过上文所述的外延生长步骤层压到衬底 330 上的缓冲层 342 和有 源层 344 掺杂了 n- 型掺杂物， 那么可以使用氮气 （N2） 等 V 族元素作为掺杂气体， 但是， 该实 施例不限于这种掺杂气体物质。 0118 此外， 生长气体可以根据对缓冲层 342 和有源层 344 进行层压时所在的衬底 330 的材料和类型进行改变。此外， 实际上涉及掺杂的掺杂气体也可以根据掺杂类型 （n- 型或 p- 型） 进行改变。下文中， 为了使描述简便且重点突出， 在以下说明中假设外延掺杂生长是 在基于碳化硅的衬底 110 上执行的， 使用氮气作为掺杂气体。 0119 此外， 下文的说明还假设氢气 （H

48、2） 是稀释气体， 用于对氮气也就是掺杂气体进行 稀释， 但是， 该实施例不限于此。例如， 惰性气体 （例如， Ar 或 He） 也可以用作稀释气体。 0120 在步骤 270 中， 为了让缓冲层 342 生长， 将反应气体的注入参数控制在 10Ml/min 到 45Ml/min 的范围内， 同时生长气体的流量与稀释气体的流量的比值控制在 1/4,000 到 1/3,000 的范围内， 同时配合以下条件 ： 碳硅比值 （C/Si） 是 0.5 到 0.8， 温度从 1,600到 1,650， 以及压力从 70 毫巴到 120 毫巴。 0121 在步骤 280 中， 为了让有源层 344 生长， 将反应气体的注入参数控制在 1Ml/min 到 20Ml/min 的范围内， 同时生长气体的流量与稀释气体的流量的比值控制在 1/1,000 到 1/600的范围内， 同时配合以下条件 ：（C/Si） 比值是0.8到1.2， 温度从1,600到1,650， 以及压力从 70 毫巴到 120 毫巴。 0122 反应气体的注入参数可以由以下等式 3 来定义。 0123 等式 3 0124 说 明 书 CN 103789822 A 11 10/12 页 12 0125 在等式 3 中， a1到 a4表示正的实数， b1到 b3表示实数。例如， a1=a2=a3=a4=1， b1