通过氯化氢化学气相沉积法对厚4H-SiC薄膜同质外延生长的工艺优化
通过氯化氢化学气相沉积法对厚4H-SiC薄膜同质外延生长的工艺优化
本篇文章中提出了一种通过氯化氢化学气相沉积(HCVD)在4°切割基板上快速同质外延生长厚的4H-SiC薄膜的工艺优化方法。所使用的气体是HCl与SiH4,C2H4和H2的混合物。得到的4H-SiC薄膜通过Nomarski,AFM,Raman和XRD等方法进行表征,并且对HCl添加剂中的Cl / Si比对外延膜质量和生长速率的影响进行了研究。在本文中采用优化的氯基方法HCVD,在自制的立式热壁HCVD系统中,4H-SiC外延生长速率高达52μm/ h。
图1:(a)自制立式热壁HCVD设备(b)和(c)温度和基于4H-SiC氯化物的外延生长的气流的过程图
图2:不同Cl / Si比生长的4H-SiC外延层的表面的Nomarski光学显微镜图像是(a)0,(b)1,(c)2,(d)5,(e)6和(f)8。
根据结果可以看出,Cl / Si比为0.4-2时外延膜质量较优。
图3:生长速率与SiH4流量的关系
图4:4H-SiC外延层的AFM图像以(a)18.5μm/ h,(b)26.5μm/ h,(c)35.4μm/ h和(d)49μm/ h的生长速率生长。
由图3可以看出,与没有HCl的生长类似,随着SiH4的流速增加,生长速率几乎呈线性逐渐增加。这表明在这种气体流量范围内的生长受到质量传递的支配,并且引入的气体越多,吸附在基板表面上的原子或分子就越多,所有这些都参与外延-流量增长模式。当SiH4气体流速为80sccm时,外延生长速率高达49μm/ h。
同时为了检验使用HCl添加剂在不同外延生长速率生长的4H-SiC外延层的表面质量,外延层的表面进行了AFM表征。如图4所示。
本文最终在46μm/ h的稳定生长速率下,获得了厚度为100μm的4H-SiC外延膜。外延膜呈现出均匀的4H多型,最大均方根粗糙度(RMS)为1.3nm。
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