[发明专利]碳化硅膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅膜的制备方法，特别是一种外延生长碳化硅膜的技术。

背景技术

碳化硅具有宽禁带、高击穿电场、高载流子饱和漂移速率以及高热导率等特点，因此，碳化硅薄膜材料在光电子、微电子、太阳能电池等领域有着广泛的应用，但是由于其制备成本高、流程复杂、工艺危险系数高等因素阻碍了其材料与衍生器件的发展。

目前，制备碳化硅薄膜有如下方法：分子束外延(MBE)，液相外延(LPE)，化学气相沉积(CVD)等。分子束外延方法的缺点是工艺复杂，运行费用高，生长速率低，一般低于1μm/h，不适于工业生产；液相外延生长设备比较简单，生长速率适中，但是需要2500℃以上的高温，因此该方法不能用于在硅基板上生长碳化硅(硅的熔点：1420℃)。CVD技术的优点在于能够准确的控制SiC薄膜的组分和掺杂水平，能在大尺寸基片或者多基片上进行，所发生的化学反应能够在常压下进行，所以系统不需要昂贵的真空设备，并且反应温度也相对较低。但是CVD技术在制备碳化硅薄膜也存在不足：沉积速率低，一般为每小时几微米；工艺流程中存在易燃易爆的危险，常需要配制气体报警系统与尾气处理系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化硅薄膜的制备方法，其环境友好，制备工艺简单。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：碳化硅膜的制备方法，包括有以下步骤：

1)选择Si基片为衬底材料，首先使用酒精超声，然后在以体积比NH₃·H₂O:H₂O₂:H₂O＝1:1:5混合液中清洗，然后在以体积比HF:H₂O＝1:50混合液中清洗，最后用去离子水冲洗，用氮气将衬底吹干放入腔体内；

2)使腔体的真空度保持在10Pa，向腔体内通入高纯的Ar气，再调节压强，使腔体内的压强为10000Pa(误差±5％)，同时设置衬底材料升温的程序为90min从室温升到设定温度；

3)在设定温度下保温，再通入Ar气将六甲基二硅烷带入腔体内，调节腔体压强为2000Pa(误差±5％)，通入六甲基二硅烷的时间为30min；

4)停止通入Ar气和六甲基二硅烷，保持腔体的真空度在10Pa左右，并冷却至室温。

按上述方案，六甲基二硅烷的流速为5-20sccm。

按上述方案，步骤2)所述的Ar气的流速为200-2000sccm。

按上述方案，衬底材料的设定温度为800-2000℃。

与现有的技术方案进行比较，本发明具有以下有益效果：本发明使用单一物质六甲基二硅烷为前驱体，惰性气体Ar为载流气，可以直接利用六甲基二硅烷中的Si-C键，更利于生成质量优异的薄膜；不用调整C/Si的比例，简化了生长工艺，降低了制备温度，提高了生长速率；在生产过程中，不产生卤化物气体腐蚀腔体设备，产生尾气为安全元素，不用增加防爆装置与尾气处理装置，降低了环保成本，提高了安全生产指数。

附图说明

图1为本发明所制备薄膜的装置简图，其中1-六甲基二硅烷原料罐，2-Ar罐，3-衬底材料，4-加热台，5-腔体，6-真空泵；

图2为本发明六甲基二硅烷的分解示意图；

图3为本发明所制备碳化硅薄膜的红外光谱图；

图4为本发明所制备碳化硅薄膜表面与截面扫描电镜图像。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述，但是不会构成对本发明的限制。

实施例1

碳化硅膜的制备方法,具体步骤如下：

步骤1，选择5in的Si基片为衬底材料3，首先使用酒精超声15min，其次在NH₃·H₂O:H₂O₂:H₂O＝1:1:5(体积比)80℃中清洗10min，然后在HF:H₂O＝1:50(体积比)混合液中清洗1min，最后用去离子水冲洗。用氮气将衬底吹干放入腔体内。

步骤2，通过真空泵6使腔体5的真空度保持在10Pa左右，通过Ar罐2向腔体内通入高纯的Ar2气，流量为500sccm，再调节压强，使腔体内的压强为10000Pa(误差±5％)，同时通过加热台4设置衬底材料升温的程序为90min从室温升到900℃。