Способ выращивания карбидкремниевых р-п-структур политипа 6Н Советский патент 1992 года по МПК C30B19/00 C30B29/36 H01L21/208 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к созданию карбидкремниевых р-п-структур. Такие структуры используются для создания высокотемпературных приборов: выпрямительных диодов, стабилитронов, полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом.

Известен способ выращивания р-п- структур путем жидкостной эпитаксии SiC из раствора-расплава, содержащего Si и AI при 1550-1690°С на SiC подложке.

Недостатком способа является низкий выход годных структур. При выращивании р-п-структур этим способом происходит существенное растворение подложки 6H-SIC при приведении ее в контакт с расплавом вследствие высокой растворимости карбида кремния при температурах эпитаксии и неравновесности раствора-расплава. Это явление приводит к нарушению уже имеющейся на подложке эпитаксиальной структуры, а также к загрязнению эпитакси- ального слоя примесями, перешедшими в расплав из растворившегося материала, и в конечном итоге-к ухудшению параметров р-п-структур, что, в свою очередь, снижает выход годных структур.

Известен способ выращивания карбид- кремниевых р-п-структур политипа 6Н пуvj Ю С СЛ vj

тем жидкостной эпитаксии SiC из раствора-расплава, содержащего Ga и Si, при температурах 1200-1350°С на 6H-SIC подложке.

Недостатком способа является низкий выход годных структур (1 %). Причина заключается в высоком уровне компенсации донорной примесью слоя р-типа, в результате чего эпитаксиальные слои 6H-SIC, выросшие из раствора-расплава на основе Ga (акцепторная примесь), имеют проводимость как р-, так и п-типа, при содержании Ga на уровне 10 см . Помимо этого низкое качество р-п-структур обусловлено присутствием в выращенных слоях включений политипа 3C-SIC. Включения этого более узкозонного политипа образуются также в результате загрязнения раствора-расплава примесями (предположительно азотом и кислородом), которые содержатся в графитовой ростовой арматуре и при нагреве до температуры эпитаксии взаимодействуют с раствором-расплавом. Образуя в SiC примесь донорного типа, они, по-видимому, играют роль фактора, увеличивающего вероятность образования ЗС-SiC. Другой существенный недостаток метода - невозможность получать эпитаксиальные слои, содержащие акцепторную примесь с необходимой концентрацией. Это связано с тем, что используемый в качестве растворителя для жидкостной эпитаксии Ga входит в растущий материал на уровне 1019 и его содержание не зависит от технологических условий роста. Все это снижает выход годных р-п-структур.

Целью изобретения является повышение выхода годных карбидкремниевых р-п- структур политипа 6Н.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе выращивания карбидкремниевых р-п-структур политипа 6Н путем жидкостной эпитаксии SiC из раствора-расплава, содержащего Ga и Si при температуре 1200-1350°С на 6H-SIC подложке, согласно формуле изобретения, раствор-расплав дополнительно содержит AI, Ge и Sn и перед эпитаксией проводят его отжиг при 500-800°С не менее 1 ч.

Выращивание структур указанным способом обеспечивает увеличение выхода структур 6H-S1C, не содержащих включения ЗС-SiC, что приводит к увеличению выхода годных р-п-структур, При этом имеется возможность получения эпитаксиальных слоев с содержанием акцепторной примеси в широком концентрационном диапазоне (максимальное измеренное значение содержание алюминия составляет 3-Ю2 см. Дырочная проводимость выращенного материала обеспечивается, начиная с концентрации акцепторной примеси 10 . Полученные эпитаксиальные слои обладают более высоким структурным совершенством чем слои, выращенные по методу-прототипу.

П р и м е р 1. Проводили выращивание карбидкремниевых р-п-структур из раствора-расплава, содержащего Ga, Si, AI, Sn, Ge.

0 Использовалась установка, имеющая вертикальный кварцевый реактор с водоохлажда- емыми стенками и высокочастотный нагрев. В ячейку графитового тигля помещали навески указанных элементов. Подложки

5 карбида кремния (2 шт.) в виде горизонтально расположенного сэндвича с зазором 500 мкм закрепляли в графитовом держателе и помещали в соседнюю (пустую) ячейку тигля, В качестве подложек использовали

0 монокристаллический 6H-SiC п-типа проводимости, размером 5x5 мм2 с ориентацией базовых плоскостей {0001}.

Реакционную камеру откачивали до давления 3-10 мм рт.ст. последовательно

5 ротационным и цеолитовым насосами, а затем в течение 15 мин продували очищенным водородом. Величину расхода водорода устанавливали 2 дм3/мин. Осуществляли нагрев тигля с навесками до

0 500°С, затем в течение 1 ч осуществляли отжиг при 500°С.

После отжига увеличивали нагрев тигля до 1200°С и в течение 0,5 ч выдерживали расплав при указанной темпера5 туре с целью достижения его полной гомогенизации. Далее держатель с подложками приводили в контакт с расплавом. При этом происходило заполнение расплавом растрового зазора, растворе0 ние нижней более нагретой подложки и рост эпитаксиального слоя SiC на верхней подложке.

После окончания процесса роста держатель с выращенными структурами вынимали

5 из расплава.

На выращенных структурах после напыления AI при помощи фотолитографии формировали контакты к верхнему слою. Методом плазмохимического травления

0 формировали мезаструктуры диаметром 200 мкм и глубиной 2 мкм. Контакт к подложке формировали электроискровым способом.

Выращенные карбидкремниевые р-п5 структуры имели диодную характеристику. При пропускании через р-п-переход постоянного электрического тока при прямом смещении ( 100 А/см2) наблюдали электролюминесценцию (ЭЛ) в видимой области спектра. Характер электролюминесценции

служил критерием годности р-п-структур. Годными являлись р-п-переходы, имеющие ЭЛ, относящуюся только к синефиоле- товой области спектра т.е. р-п-переходы политипа 6Н. Такие р-п-переходы имели лучшие электрические характеристики: малые токи утечки; резкий пробой обратной ветви вольт-амперной характеристики при напряжении пробоя, соответствующем концентрации донорной примеси в подложке; напряжение отсечки вольт-фа рад ной характеристики 2,7 В, характерное для SIC р-п- переходов политипа 6Н.

Появление в спектре длинноволновой (красной) ЭЛ свидетельствовало о несовер- шенстве р-п-переходов (в частности, из-за присутствия включений ЗС-SiC), что отрицательно сказывалось и на электрических характеристиках р-п-переходов. Такие р-п-переходы признавали негодными.

Содержание акцепторной примеси в выращенных слоях исследовали методом рентгеноспектрального микроанализа. По- литипный анализ проводили методом рентгеновской топографии.

Режимы примеров реализации способа и результаты исследований приведены в таблице.

П р и м е р 2. Карбидкремниевые р-п- структур ы выращивали аналогично примеру 1, но температура предварительного отжига расплава составляла 800 С.

ПримерЗ. Карбидкремниевые р-п- структур ы выращивали аналогично примеру 1, но длительность предварительного отжига расплава составляла 2 ч.

Очевидно, что в примерах, осуществляемых по заявленным режимам, выход годных увеличился по сравнению со способом прототипом.

Таким образом, предлагаемый способ позволил вырастить эпитаксиальные слои 6H-SIC р-типа с пониженным содержанием включений ЗС-SiC.

Формулаизобретения Способ выращивания карбидкремние- вых р-п-структур политипа 6Н жидкостной эпитаксией SiC из раствора-расплава, содержащего Ga и Si. при температуре 1200- 1330°С на 6H-S1C подложках, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных структур, раствор-расплав дополнительно содержит Al, Ge и Sn и перед эпитаксией проводят его отжиг при 500- 800°С не менее 1 ч.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к созданию карбидкремниевых р-п-структур, которые используют для создания высокотемпературных приборов: выпрямительных диодов, стабилитронов, полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом, и позволяет повысить выход годных структур. Выращивают жидкофазной эпитаксией кар- бидкремниевые р-п-структуры политипа 6Н из раствора-расплава, содержащего Ga, Si, Al, Sn и Ge на подложках 6H-SIC п-типа проводимости. Реакционную камеру откачивают до давления мм рт.ст. Проводят отжиг раствора-расплава при 500-800°С не менее 1 ч. Затем выращивают р-слой при 1200-1350°С. 1 табл. СО