一種多晶碳化硅薄膜的生長方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及碳化硅薄膜，尤其是涉及一種多晶碳化硅薄膜的生長方法。
【背景技術】
[0002]自1893年起碳化硅粉末被大量用作磨料。將碳化硅粉末燒結可得到堅硬的陶瓷狀碳化硅顆粒，并可將之用于諸如汽車剎車片、離合器和防彈背心等需要高耐用度的材料中，在諸如發光二極管、早期的無線電探測器之類的電子器件制造中也有使用。碳化硅材料作為第三代半導體材料，由于具有寬帶隙、高熱導率、高臨界擊穿電場、高硬度等特點，在高溫、高頻、大功率、抗輻射以及刀具涂層等方面的應用潛力而得到光伏、微電子、機械行業的重視[1—5]。在器件制造時就可以利用成熟的碳化硅器件制作工藝制作光電子、微電子器件。在碳化硅中摻雜氮或磷，可以形成η型半導體。而摻雜鋁、硼、鎵或鈹，可以形成P型半導體。SiC已經取代傳統的Si，成為國際上新的研究熱點之一。但是由于制造成本高以及部分制造工藝問題，遲遲不能在工業上大規模應用。
[0003]當前，產業界在制備碳化硅薄膜時主要以等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)為制備手段，硅烷、甲烷等氣體為主要原料，生產過程中安全控制極為嚴格且工藝流程復雜，所制得的碳化硅薄膜其結構致密度欠佳。中國專利CN101985743A介紹了一種利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)在高溫條件下制作碳化硅薄膜的方法，但所用的硅烷的毒性強且生長緩慢。中國專利CN101508569介紹了一種在高溫條件下加熱可固化有機硅組合物制作碳化硅薄膜的方法，但是流程繁瑣復雜，且需要催化劑。中國專利CN102304701A介紹一種原子層沉積設備制備碳化硅薄膜的方法，能夠使長出的碳化硅薄膜結構具有完整的晶格，但是需要使用四氯化碳、硅烷等有毒有害氣體，且生長緩慢、成本高。目前人們主要關注:如何能夠高速、高質量地生長多晶硅薄膜。
[0004]參考文獻:
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[0009][5]Toshiro Futagi,Takahiro Matsumoto,Masakazu Katsuno,Yasumitsu Ohta,Hidenori Mimura,Koich Kitamura.VisibIe Electroluminescence from P-TypeCrystalline Silicon/Porous Silicon/N-Type Microcrystalline Silicon Carbon PNJunct1n D1des.Jpn.J.App1.Phys.1992,31:619?621.
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于提供可有效減少碳化硅薄膜內部的雜質和缺陷，避免薄膜中因為較大的張應力造成薄膜破裂現象，顯著提高碳化硅薄膜質量的一種多晶碳化硅薄膜的生長方法。
[0011]本發明的具體步驟如下:
[0012]將清洗后的襯底送入磁控濺射儀濺射，濺射結束后降溫，形成非晶碳化硅薄膜樣品，退火后即得多晶碳化硅薄膜。
[0013]所述襯底可采用摻鋁氧化鋅襯底，所述摻鋁氧化鋅襯底可采用導電玻璃，所述導電玻璃可采用合肥科晶材料技術有限公司生產的規格為20mmX20mmX 2mm的AZO導電玻璃；所述磁控濺射儀的工作氣體可采用氬氣，氬氣的流量可為120sccm，氣壓可為0.5Pa，磁控濺射的溫度可為200?500°C，磁控濺射的功率可為100W;所述降溫可采用自然降溫;所述退火的方法可將非晶碳化硅薄膜樣品放置于快速熱退火爐內，然后抽真空，沖入氮氣或氬氣至1一3?10—4Pa ；退火的溫度可為200?500°C，退火的時間可為1min。
[0014]本發明的優點是:本發明采用磁控濺射設備在摻鋁氧化鋅襯底上制備多晶碳化硅薄膜樣品，通過控制生長參數，得到尺寸均勻碳化硅薄膜，本發明的制備過程簡單、工藝穩定、重復性好、無需使用有毒或危險氣體，而且制得的多晶碳化硅薄膜沉積速率高、致密性好。可以應用于微電子、光伏行業。此外，具有成本低、易于大面積生產、無污染等優點，優化了多晶碳化硅薄膜制備方法，具有一定的經濟價值。
【附圖說明】
[0015]圖1是摻鋁氧化鋅襯底上生長的多晶碳化硅薄膜的X射線衍射XRD圖。
[0016]圖2是摻鋁氧化鋅襯底上生長的非晶碳化硅薄膜的掃描電鏡SEM圖。
【具體實施方式】
[0017]以下給出采用磁控濺射方法制備多晶碳化硅薄膜的工藝，包括如下步驟:
[0018]I)選擇摻鋁氧化鋅為襯底材料，將沉底切割成為IcmX Icm的正方形，將其放入酒精中超聲波清洗15min，然后放入去離子水中超聲波清洗5min。如此反復兩次。在N2氣氛下吹干。選擇碳化娃為革巴材；
[0019]2)將清洗好的摻鋁氧化鋅襯底材料送入磁控濺射儀，摻鋁氧化鋅襯底和靶材要平行放置，然后將磁控濺射室抽成真空，真空度在10—5Pa。通入氬氣，流量為120sCCm。并使磁控濺射室的氣壓保持在0.3Pa。等氣壓穩定以后，開啟射頻交流電源，調節功率源，使正向功率為50W，反向功率為3W左右。濺射開始，并計時。
[0020]3)加溫，生長碳化硅薄膜，該所述的加溫中的襯底溫度保持在200?500°C;
[0021]4)將非晶碳化硅薄膜樣品放置于快速熱退火爐里，然后抽真空，沖入氮氣或氬氣至10—3?10—4Pa。退火的溫度設定在200?500°C，時間為lOmin。取出樣品，摻鋁氧化鋅襯底上多晶碳化硅薄膜樣品的制作結束。
[0022]摻鋁氧化鋅襯底上生長的多晶碳化硅薄膜的X射線衍射XRD圖參見圖1，圖中為51R-SiC;摻鋁氧化鋅襯底上生長的非晶碳化硅薄膜的掃描電鏡SEM圖參見圖2。
【主權項】
1.一種多晶碳化硅薄膜的生長方法，其特征在于其具體步驟如下: 將清洗后的襯底送入磁控濺射儀濺射，濺射結束后降溫，形成非晶碳化硅薄膜樣品，退火后即得多晶碳化硅薄膜。2.如權利要求1所述一種多晶碳化硅薄膜的生長方法，其特征在于所述襯底采用摻鋁氧化鋅襯底。3.如權利要求2所述一種多晶碳化硅薄膜的生長方法，其特征在于所述摻鋁氧化鋅襯底采用導電玻璃。4.如權利要求3所述一種多晶碳化硅薄膜的生長方法，其特征在于所述導電玻璃采用規格為20mmX 20mmX 2mm的AZO導電玻璃。5.如權利要求1所述一種多晶碳化硅薄膜的生長方法，其特征在于所述磁控濺射儀的工作氣體采用氬氣，氬氣的流量為120SCCm，氣壓為0.5Pa，磁控濺射的溫度為200?500°C，磁控濺射的功率為100W。6.如權利要求1所述一種多晶碳化硅薄膜的生長方法，其特征在于所述降溫采用自然降溫。7.如權利要求1所述一種多晶碳化硅薄膜的生長方法，其特征在于所述退火的方法是將非晶碳化硅薄膜樣品放置于快速熱退火爐內，然后抽真空，沖入氮氣或氬氣至10—3?10—4Pa;退火的溫度為200?500°C，退火的時間為lOmin。
【專利摘要】一種多晶碳化硅薄膜的生長方法，涉及碳化硅薄膜。提供可有效減少碳化硅薄膜內部的雜質和缺陷，避免薄膜中因為較大的張應力造成薄膜破裂現象，顯著提高碳化硅薄膜質量的一種多晶碳化硅薄膜的生長方法。將清洗后的襯底送入磁控濺射儀濺射，濺射結束后降溫，形成非晶碳化硅薄膜樣品，退火后即得多晶碳化硅薄膜。采用磁控濺射設備在摻鋁氧化鋅襯底上制備多晶碳化硅薄膜樣品，通過控制生長參數，得到尺寸均勻碳化硅薄膜，制備過程簡單、工藝穩定、重復性好、無需使用有毒或危險氣體，而且制得的多晶碳化硅薄膜沉積速率高、致密性好。可以應用于微電子、光伏行業。具有成本低、易于大面積生產、無污染等優點。
【IPC分類】C23C14/35, C23C14/06, C23C14/58
【公開號】CN105543795
【申請號】CN201510960178
【發明人】張宇鋒, 胡啟濤, 林南英, 李曉軍
【申請人】廈門大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月18日