[发明专利]一种低温下制备氢化纳米晶态碳化硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜制备领域，尤其设计一种在低温条件下、利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积的方法制备氢化纳米晶态碳化硅薄膜的方法

背景技术

立方碳化硅以其宽禁带、大电子饱和漂移速率、高临界雪崩击穿电场和高热导率等特点，在高频、大功率、耐高温和抗辐射微电子和光电子器件方面具有极大的应用价值。另外，立方碳化硅薄膜作为硅基薄膜在薄膜太阳能电池产业上也具有广泛的应用前景。

由于在衬底温度比较低的条件下，碳化硅的结晶十分困难，在现有技术背景下，高质量立方碳化硅薄膜典型的是利用分子束外延技术在约1000℃的衬底温度下制备；对于微晶或纳米晶碳化硅薄膜，采用溅射、化学气相沉积等技术制备也需要在700℃以上的衬底温度下才能实现其沉积。如此高的衬底温度会引起薄膜的自掺杂、掺杂剂的重新分布、高的应力和晶格缺陷，从而严重影响薄膜的性质。

目前，仍然没有文献报道应用螺旋波等离子体增强化学气相沉积的方法在较低的衬底温度下生长氢化纳米晶态碳化硅薄膜、尤其是单晶或多晶立方碳化硅薄膜。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低温下制备氢化纳米晶态碳化硅薄膜的方法，能够利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积的方法在低温下制备氢化纳米晶态碳化硅薄膜、尤其是单晶或多晶立方碳化硅薄膜。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种低温下制备氢化纳米晶态碳化硅薄膜的方法，使用等离子体增强化学汽相沉积技术，其包含如下步骤：

A、清洗衬底，并将衬底放置到螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置的基片台上，此衬底为单晶硅片或石英片或康宁玻璃或塑料衬底；

B、利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置的真空抽气系统对其反应室抽真空，使得反应室气压低于1×10^-4Pa；

C、氢等离子体清洗螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置的基片台和反应室器壁，其步骤为：首先将氢气通入螺旋波等离子体增强化学气相沉积装置的等离子体产生室，然后开启射频电源，在0.1-10Pa的压强下利用氢等离子体对基片台和反应室器壁进行清洗，持续8-12分钟；

D、加热基片台至150-400℃，向反应室通入反应气体，反应气体包括SiH₄、CH₄、H₂，流量比H₂∶(SiH₄+CH₄)＝(30-35)∶1，其中CH₄与SiH₄的流量比为(1.8-2.2)∶1，气压调节为0.1-10Pa，向等离子体产生室施加强度为1.0×10^-2-3.0×10^-2T的磁场，然后开启射频电源，功率保持在150-800W之间，开始碳化硅薄膜的沉积，至得到碳化硅薄膜样品；

E、沉积完成后，首先关闭射频电源，再将CH₄和SiH₄流量调为零，保持H₂流量不变，然后关闭外加磁场电源和基片台加热电源，在氢气保护下降温，基片台温度降到室温后，将H₂流量调为零，真空抽气系统继续抽气3-8分钟，然后在反应室中充入干燥氮气至反应室中压强为一个大气压时，打开反应室取样窗口，取出沉积有氢化纳米晶态碳化硅薄膜的衬底，关闭反应室的取样窗口，完成氢化纳米晶态碳化硅薄膜的沉积。

步骤1-A所述的衬底可以为单晶硅片，对此单晶硅片进行化学清洗的步骤如下：先用丙酮和甲醇混合液浸泡3分钟，取出烘干，再用体积比NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝1∶2∶5的混合溶液浸泡5分钟，取出用去离子水冲洗，再放入体积比HF∶H₂O＝1∶10的混合溶液中浸泡1分钟，取出用去离子水冲洗，烘干。

步骤1-A所述的衬底还可以为石英片或者康宁玻璃，对此石英片或者康宁玻璃进行化学清洗的步骤为：先用丙酮在超声波清洗仪中对其清洗8-12分钟，再用蘸有酒精的脱脂棉球将其擦净，最后烘干。

步骤1-A所述的衬底还可以为塑料衬底，对此塑料衬底进行化学清洗的步骤为：用酒精在超声波清洗仪中对其清洗8-12分钟，然后烘干。