[發明專利]一種β－碳化硅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310293452.9
• 申請日: 2013-07-13
• 公開（公告）號: CN103346073A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 邊繼明;張志坤;畢凱峰;劉艷紅;劉維峰;秦福文
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 徐淑東

技術領域

本發明涉及半導體材料技術領域，特別涉及一種在石墨襯底上的β－碳化硅薄膜的制備方法。?

背景技術

碳化硅（SiC）薄膜具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率大、電子飽和漂移速度高、介電常數小、抗輻射能力強、良好的化學穩定性等獨特的特性，使其在高頻、高功率、高溫電子器件及光電器件等方面倍受青睞，被譽為最具發展前景的第三代半導體材料之一。但是碳化硅材料結晶型態眾多且制備非常困難，如：β-碳化硅具有立方晶系結構，與鉆石相似，需要在低于2000?°C條件下才能生成。?

在碳化硅基器件應用中，高功率器件散熱性能的優劣直接影響其性能和使用壽命，并且薄膜質量的好壞以及器件的制備、性能對襯底具有非常大的依賴性，因此，在實際操作中，最為重要和最為關鍵的問題就是器件襯底材料的選擇。迄今為止，國內外科學家通過各種制備方法在單晶硅（Si）襯底上成功地制備出了碳化硅薄膜材料。然而，由于硅（Si）襯底材料與碳化硅之間存在較大的晶格失配和熱膨脹失配等因素，嚴重限制了硅（Si）襯底碳化硅基電子（光電子）器件的性能和使用壽命。另外，在一些特殊的器件應用領域，如：大面積可以折疊顯示器以及高功率器件等，需要將制備好的碳化硅納米材料轉移到柔性襯底或者金屬襯底上進行后續的加工處理和器件制備。然而，由于碳化硅薄膜材料和硅（Si）襯底之間具有很強的附著力，很難從襯底上剝離下來，因此導致碳化硅材料在此領域的應用成為了一大難題。?

石墨襯底相對于傳統基片具有非常獨特優點，如：低成本、優異的機械性能和化學穩定性以及其導電和散熱性能遠遠超過金屬銅，在高功率器件領域具有廣闊的應用前景；同時由于石墨材料具有層狀結構，各層之間以很弱的范德華力結合，可以通過微機械剝離等手段非常容易實現石墨襯底剝離，使得在石墨襯底上制備的碳化硅基光電子器件可以轉移到其它襯底上。?

綜上所述，我們把目光轉向石墨襯底上碳化硅薄膜的制備，石墨材料既可以作為襯底，同時還可以作為碳化硅薄膜的碳源。實驗結果證實：通過優化硅烷濃度、腔室真空度、襯底溫度和后續退火工藝等實驗參數，可以成功的制備β－碳化硅薄膜。因此，該制備方法在碳化硅薄膜的制備及碳化硅基大功率長壽命和可轉移電子器件領域具有重大應用潛力。?

發明內容

本發明的目的是：為了解決影響硅（Si）襯底碳化硅基電子（光電子）器件性能和使用壽命的散熱問題，以及碳化硅薄膜材料難于從硅（Si）襯底上剝離的技術問題，提供了一種β－碳化硅薄膜的制備方法，以具有高導電、導熱性能的石墨作為襯底和碳源，以硅烷（SiH₄）作為硅源，氫氣作為硅源稀釋氣體和載氣，在石墨襯底材料表面上，采用熱絲化學氣相沉積（Hot?Filament?Chemical?Vapor?Deposition，HFCVD）方法，制備β－碳化硅薄膜；同時，石墨襯底β－碳化硅薄膜的高質量生長大大促進了碳化硅基大功率長壽命和可轉移（電子）光電子器件的應用。?

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：提供了一種β－碳化硅薄膜的制備方法，以硅烷（SiH₄）作為硅源，氫氣作為硅源稀釋氣體和載氣，以石墨作為襯底和碳源，采用熱絲化學氣相沉積法在石墨襯底上制備β－碳化硅薄膜，然后將其在惰性氣體下進行后續退火處理，完成β－碳化硅薄膜的制備。?

其中，所述惰性氣體為氬氣或氮氣。?

其中，所述經過后續退火處理后的β－碳化硅薄膜通過微機械剝離法從襯底上剝離。?

其中，所述熱絲化學氣相沉積法即利用熱鎢絲的高溫對氣源即硅烷和氫氣進行分解，然后利用分解產生的原子和原子團在較低溫度的襯底上沉積生長，熱鎢絲溫度為2000-2300℃。?

其中，所述在石墨襯底上制備β－碳化硅薄膜過程中，需要控制硅源濃度、反應體系真空度及襯底溫度，可以實現對制得的β－碳化硅薄膜晶體質量的有效控制。?

其中，所述硅源為濃度5%-10%的氫氣稀釋硅烷，硅烷氣體流量為0.5-1sccm。?

其中，所述硅源優化值為濃度10%的氫氣稀釋硅烷，硅烷氣體流量優化值為0.5sccm。?

其中，所述熱絲化學氣相沉積法的反應體系中，氣體壓強為30-40Pa。?

其中，所述熱絲化學氣相沉積法的反應體系中，氣體壓強優化值為40Pa。?

其中，所述熱絲化學氣相沉積法的反應體系中，石墨襯底溫度為250-300℃。?

其中，所述熱絲化學氣相沉積法的反應體系中，石墨襯底溫度優化值為300℃。?