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用LPCVD法在硅衬底上生长3C-Sic

陈雪萌  
【摘要】: 碳化硅是一种新型半导体材料,具有禁带宽、电子饱和迁移速度高、击穿电场强度高、热导率高等特点。本文的目的是制备以Si晶片为衬底的3C-SiC薄膜。由于3C-SiC与Si之间晶格失配系数高达20%,热膨胀系数也相差8%,本文采用“两步CVD法”,首先将硅衬底碳化,形成一个Si_(1-x)C_x(0<x<1)缓冲层,然后在缓冲层上生长3C-SiC薄膜。 主要工作包括: 首先,对LPCVD设备的加热系统、控温系统进行改造。将原先的热丝CVD(HFCVD)法加热改为独创的石墨-碘钨灯加热,把衬底温度从900℃提高到1200℃;将手动控温改为PID自动控稳,大大提高了控制精度,实验中温度偏差小于1℃(衬底温度1200℃时)。由于以上改进,实验条件得到了极大改善,工艺条件的重复性有了较大提高。 其次,改变碳化温度、衬底温度、气体流量与分压、以及后处理工艺等条件,在不同条件下制备了碳化硅薄膜。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微电镜(TEM)和透射电子衍射电镜(TED)对样品进行了测试,结果表明薄膜成分主要是3C-SiC多晶。分析表明,衬底温度、碳化时的含碳气体流量对薄膜品质有较大影响。衬底温度低,则晶粒较小;衬底温度高,则晶粒较大。碳化气体流量须适中,流量小,薄膜厚度不均;流量大,薄膜粗糙,有多种晶型的碳化硅生成;流量适中,则薄膜呈层状生长趋势,表面连续,均匀,平滑。 最后,对在单晶硅衬底上制备3C-SiC薄膜的机理进行初步分析,认为影响薄膜生长的主要工艺参数是碳化温度、衬底温度、升温速率、气体流量和降温过程。另外,对设备还提出了一些小的改进。


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