高均匀性150mm 4H-SiC外延生长

摘要：本文采用单片热壁反应炉在偏4°斜切150mm 4H-SiC衬底上进行同质外延生长。首先通过不引入基座旋转进行外延生长，分别测量出水平和垂直于气流方向上外延厚度和浓度分布，确认了生长源和N型掺杂源在晶片上的耗尽方式。其次，通过引入基座旋转进行外延生长，分别测量出外延层厚度和浓度的分布情况。最后，通过调整载气比例来改善外延层厚度分布，所得6英寸4H-SiC外延层厚度均匀性为0.30%（sigma/mean），通过优化掺杂源分配等方式来改善浓度均匀性，所得外延层浓度均匀性为4.52%（sigma/mean）。该结果为大尺寸4H-SiC外延批量性生产奠定了基础。

关键词：4H-SiC  生长源气  掺杂源气  均匀性

High Uniformity 150mm 4H-SiC Epitaxial Growth

SUN Yongqiang

（EpiWorld International Co.， Ltd.， Xiamen， Fujian Province， 361101 China）

Abstract：Homo-epitaxial growth of 4H-SiC has been carried out on 4° off-axis 150 mm diameter substrates in a hot wall reactor. Based on the un-rotated situation， the deposition curves of process gas and doped-gas have been confirmed via the epitaxial thickness and concentration distribution. Then， the epitaxial growth is carried out by introducing support disc rotation， and the thickness and concentration distribution of epitaxial layer were measured， respectively. Finally， the thickness and concentration distribution of epitaxial layer were improved by adjusting the carrier gas ratio and optimizing the doping source distribution respectively. Based on our modified 150 mm 4H-SiC epitaxial growth process， excellent thickness and doping uniformities （sigma/mean） of 0.30% and 4.52 % have been achieved. These results lay a foundation for mass production of large-scale 4H SiC epitaxy.

Key Words： 4H-SiC; Process gas; Doped-gas; Uniformity

4H-SiC半導体材料因其优异的物理与化学性能，在中、高功率电力电子器件领域得到了广泛的研究和应用。随着器件制备工艺的不断成熟，4H-SiC基功率器件已经在部分应用领域替代了传统的Si基器件，但由于单管价格昂贵，直接制约了SiC基器件的更广泛应用。为了降低器件制造成本，扩大晶圆尺寸是一种有效的方法，目前市场上能够批量性销售的4H-SiC外延晶片最大尺寸可以达到150mm。高品质的外延片不仅需要低表面缺陷密度，优异的厚度与浓度均匀性同样非常重要。由于生长源（C源和Si源）和掺杂源（N2）在晶片表面径向上的耗尽会受到工艺参数和生长环境等影响，随着晶圆尺寸的不断增大，外延层厚度与浓度分布控制难度也在不断增加[1]。理论上源的耗尽方式有线性耗尽、二次函数耗尽和指数式耗尽……