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PECVD制备a-SiC:H薄膜及激光退火研究

黄俊  
【摘要】: 碳化硅(SiC)材料由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、电子迁移率高、临界击穿电场高、热导率高、介电常数小、化学稳定性好等优良的物理化学性质,成为制备高温、高频、大功率及抗辐照的半导体器件的优选材料。本文介绍了碳化硅薄膜的制备方法、实验测量及激光退火研究。 本文首先利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法在P型Si(100)衬底上生长氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)薄膜,制备的薄膜表面均匀平整,结构致密,且与衬底粘附性好。通过改变PECVD的淀积温度和射频功率这两个参数,来分析不同工艺条件对a-SiC:H薄膜的影响。研究表明提高淀积温度,可使薄膜生长速率降低,折射率增大,结晶度提高,氢含量降低;增大射频功率,可使薄膜生长速率提高,Si-C键增加,但薄膜折射率变化小,且氢含量也有所增加。此外,还发现薄膜的Si/C组分受淀积温度和射频功率的影响较小。 接着采用氟化氪(KrF)准分子脉冲激光对a-SiC:H薄膜进行激光退火。研究表明选用合适能量密度的激光退火能够实现a-SiC:H薄膜的结晶化和去氢化,且结晶度随着入射激光能量密度的增大而提高;当入射能量密度超过200mJ/cm~2时,薄膜表面开始出现传质现象和表面波纹现象,激光退火使薄膜发生相变,结晶过程为液相结晶;当入射能量密度达到400mJ/cm~2时,薄膜液相结晶过程显著加剧;经过一定脉冲数的激光退火后,增加脉冲数对薄膜结晶及去氢的作用较小,脉冲数对薄膜结晶化和去氢化的影响存在一个阈值。 通过比较激光退火和常规热退火,发现当薄膜较厚时,经过常规热退火后,薄膜损伤严重,而激光退火后的薄膜表面较为完整。激光退火时薄膜通过传质现象和表面波纹现象释放应力,表面损伤小于常规热退火。同时,激光退火实现了液相结晶过程,相对于常规热退火的固相结晶过程,能够更为有效地提高薄膜的结晶质量;但激光脉冲作用时间短,去氢化效果不如常规热退火。


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