CVD法制備3C-SiC-Si薄膜研究.pdf

1、3C-SiC被譽(yù)為最有潛力的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有帶隙寬、臨界擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、飽和電子漂移速度大等優(yōu)點(diǎn)，是高溫、高頻、高功率半導(dǎo)體器件的首選材料。Si是現(xiàn)代IC技術(shù)的重要基礎(chǔ)，在Si基片上異質(zhì)外延生長(zhǎng)3C-SiC，既能發(fā)揮Si工藝的成熟，又能發(fā)揮3C-SiC的性能優(yōu)點(diǎn)，而成為人們長(zhǎng)期以來堅(jiān)持不懈的研究方向。然而，由于3C-SiC與Si之間存在較大的晶格失配度(約20％)和熱膨脹系數(shù)差異(約8％)，因此，3C-SiC/Si異質(zhì)外延薄

2、膜的制備非常困難，仍存在許多技術(shù)問題需要克服。 本論文采用CVD方法，并結(jié)合“兩步生長(zhǎng)工藝”進(jìn)行3C-SiC的異質(zhì)外延生長(zhǎng)。即：首先將Si基片碳化，形成一個(gè)碳化緩沖層，然后再在此緩沖層上異質(zhì)外延生長(zhǎng)3C-SiC薄膜。采用原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射(XRD)、反射高能電子衍射(RHEED)和X射線光電子能譜(XPS)等表征方法，對(duì)碳化層的質(zhì)量和3C-SiC薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。 對(duì)于碳化工藝，側(cè)重研究了碳化時(shí)間、反

3、應(yīng)室氣壓、C源氣體的流量、碳化溫度以及不同種類的C源氣體、基片取向等因素對(duì)碳化層質(zhì)量的影響，研究結(jié)果表明：隨著碳化時(shí)間的增長(zhǎng)，碳化層的晶粒尺寸隨之變大，表面粗糙度隨之降低，但當(dāng)碳化到一定時(shí)間之后，碳化反應(yīng)減緩，碳化層的晶粒尺寸以及表面粗糙度的變化幅度變小；碳化層的晶粒尺寸隨反應(yīng)室氣壓的升高而變大，適中的反應(yīng)室氣壓可得到表面比較平整的碳化層；在C源氣體的流量相對(duì)較小時(shí)，碳化層的晶粒尺寸隨氣體流量的變化不明顯，但當(dāng)氣體流量增大到一定程度時(shí)，

4、碳化層的晶粒尺寸隨氣體流量的增大而明顯變大，同時(shí)，適中的氣體流量得到的碳化層表面粗糙度較低；碳化溫度較低時(shí)，碳化層的晶粒取向不明顯，隨著碳化溫度的升高，碳化層的晶粒尺寸明顯變大，且有微弱的單晶取向出現(xiàn)，但取向較差，同時(shí)，適中的碳化溫度可得到表面平整的碳化層；相比于C，H2，以CH4作為C源氣體時(shí)得到的碳化層表面平整得多；比起Si(100)，選用Si(111)作為基片生長(zhǎng)的碳化層的晶粒取向一致性明顯更好。 對(duì)于3C-SiC的異質(zhì)外

5、延生長(zhǎng)，側(cè)重研究了碳化層質(zhì)量、C/Si比以及生長(zhǎng)溫度對(duì)3C-SiC薄膜質(zhì)量的影響，研究結(jié)果表明：碳化層的質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到在上面生長(zhǎng)的3C-SiC薄膜的質(zhì)量，在表面粗糙度更小和晶粒取向一致性更好的碳化層上生長(zhǎng)的3C-SiC薄膜的質(zhì)量更高；3C-SiC薄膜的晶粒尺寸隨C/Si比的增大而變大，適中的C/Si比可得到晶粒取向一致性較好和表面粗糙度較低的3C-SiC薄膜，且C/Si比是影響3C-SiC薄膜成分的主要因素，C/Si比較小時(shí)，薄膜