通過氯化氫化學氣相沉積法對厚4HSiC薄膜同質外延生長...

通過氯化氫化學氣相沉積法對厚4H-SiC薄膜同質外延生長的工藝優化

通過氯化氫化學氣相沉積法對厚4H－SiC薄膜同質外延生長的工藝優化

本篇文章中提出了一種通過氯化氫化學氣相沉積（HCVD）在4°切割基板上快速同質外延生長厚的4H－SiC薄膜的工藝優化方法。所使用的氣體是HCl與SiH4，C2H4和H2的混合物。得到的4H－SiC薄膜通過Nomarski，AFM，Raman和XRD等方法進行表征，并且對HCl添加劑中的Cl ／ Si比對外延膜質量和生長速率的影響進行了研究。在本文中采用優化的氯基方法HCVD，在自制的立式熱壁HCVD系統中，4H－SiC外延生長速率高達52μm／ h。

圖1：（a）自制立式熱壁HCVD設備（b）和（c）溫度和基于4H－SiC氯化物的外延生長的氣流的過程圖

圖2：不同Cl ／ Si比生長的4H－SiC外延層的表面的Nomarski光學顯微鏡圖像是（a）0，（b）1，（c）2，（d）5，（e）6和（f）8。

根據結果可以看出，Cl ／ Si比為0．4－2時外延膜質量較優。

圖3：生長速率與SiH4流量的關系

圖4：4H－SiC外延層的AFM圖像以（a）18．5μm／ h，（b）26．5μm／ h，（c）35．4μm／ h和（d）49μm／ h的生長速率生長。

由圖3可以看出，與沒有HCl的生長類似，隨著SiH4的流速增加，生長速率幾乎呈線性逐漸增加。這表明在這種氣體流量范圍內的生長受到質量傳遞的支配，并且引入的氣體越多，吸附在基板表面上的原子或分子就越多，所有這些都參與外延－流量增長模式。當SiH4氣體流速為80sccm時，外延生長速率高達49μm／ h。

同時為了檢驗使用HCl添加劑在不同外延生長速率生長的4H－SiC外延層的表面質量，外延層的表面進行了AFM表征。如圖4所示。

本文最終在46μm／ h的穩定生長速率下，獲得了厚度為100μm的4H－SiC外延膜。外延膜呈現出均勻的4H多型，最大均方根粗糙度（RMS）為1．3nm。