6H-SiC衬底上异质外延3C-SiC薄膜的结构研究

以SiH4和C3H8为反应源,在1250℃下,采用低压热壁化学气相淀积法在6H-SiC衬底上异质外延生长了3C-siC薄膜.扫描电镜和原子力显微镜测试结果显示,样品表面光滑、无明显岛状结构物质.剖面透射电镜照片显示SiC外延层致密均匀、界面平整,厚度约为50nm.高分辨透射电镜结果显示,衬底与外延层分别为排列整齐的6H-SiC结构和3C-SiC结构,两者过渡平坦、界面处无其他晶型.选区电子衍射花样标定结果再次说明外延薄膜为闪锌矿结构的3C-SiC,计算的晶格常数为0.4362nm.     

异质外延立方氮化硼薄膜的微结构研究

利用离子束辅助沉积技术在金刚石薄膜衬底上制备立方氮化硼薄膜,傅立叶变换红外谱的结果表明,在高度(001)织构金刚石薄膜衬底上沉积的立方氮化硼薄膜是纯的立方相,而在多晶金刚石薄膜衬底上制备的立方氮化硼薄膜中还含少量的六角氮化硼。高分辨透射电镜的分析表明,在金刚石晶粒上异质外延的c-BN直接成核于金刚石衬底,界面没有六角氮化硼过渡层;而在含有大量缺陷的晶粒边界,存在六角氮化硼的成核与生长。     

小切角衬底上4H-SiC同质外延薄膜的形貌

4H-SiC外延薄膜是加工高频、大功率电子电力器件的理想半导体材料,而使用不同斜切角的衬底进行外延生长的工艺不同.在1.2°小切角的4H-SiC离轴衬底上采用化学气相沉积(CVD)法生长同质外延薄膜.为了改善外延薄膜的表面形貌,对生长温度、原位表面处理和C/Si比这三个重要的生长参数进行了优化.利用光学显微镜和原子力显微镜(AFM)观察外延薄膜的表面形貌,发现较高的生长温度和较低的C/Si比可以有效降低缺陷密度和表面粗糙度.在生长前使用硅烷气体进行原位表面处理可以有效减小外延薄膜表面的台阶聚束效应.低温光致发光测试表明生长的外延薄膜质量良好.     

氯基条件下4H-SiC衬底的同质外延生长研究

利用课题组自主研发的热壁低压化学气相沉积(HWLPCVD)系统,在朝[11-20]方向偏转4°的(0001)Si面4H-SiC衬底上进行快速同质外延生长,研究了生长温度及氯硅比(Cl/Si比)对外延生长速率的影响机理.研究发现,外延生长速率随生长温度的提高呈线性增加,而Cl/Si比的改变对生长速率的影响不大.文章进一步探究了Cl/Si比对4H-SiC外延层表面缺陷的影响.较低的Cl/Si比(0.4～2)可以减少或消除三角缺陷,Cl/Si比较高(大于5)时,表面质量反而下降,因而,适当的Cl/Si比对于获得表面形貌良好的4H-SiC外延层至关重要.     

CVD异质外延金刚石膜最新研究进展

评论了国内外化学气相沉积的异质外延金刚石膜制备技术、性质表征以及应用和展望。     

AIN/Si(111)复合衬底上4H-SiC薄膜的异质外延

利用化学气相淀积(CVD)的方法在AlN/Si(111)复合衬底上成功实现了4H-SiC薄膜的异质外延生长,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、阴极荧光(CL)等方法对所得样品的结构特征、表面形貌和光学性质进行了表征测量.XRD测量结果显示得到的SiC薄膜的晶体取向单一;室温CL结果表明所得SiC薄膜为4H-SiC,且随着生长温度的升高,SiC薄膜的CL发光效率提高.生长温度、反应气源中C/si比等工艺参数对SiC薄膜的外延生长及其性质影响的研究表明在AIN/Si(111)复合衬底上外延4H-SiC的最佳衬底温度为1230～1270℃,比通常4H-SiC同质外延所需的温度低200～300℃;较为合适的C/Si比值为1.3.     

偏晶向(0001)Si-面衬底上4H-SiC的LPCVD外延生长

化学气相沉积(CVD)是微电子器件用SiC外延材料的主要生长技术.为了获得高质量的4H-SiC外延材料,在偏向<1120>方向8°的4H-SiC(0001)Si-面衬底上,利用台阶控制生长技术进行4H-SiC的同质外延生长.表面形貌是SiC外延材料质量好坏的一个重要参数,为此研究了表面形貌与工艺参数的关系,探讨了4H-SiC外延膜的表面缺陷形成原因.利用Raman散射技术研究了非均匀4H-SiC外延材料的多晶型现象.     

偏晶向(0001)Si-面衬底上4H-SiC的LPCVD外延生长

化学气相沉积(CVD)是微电子器件用SiC外延材料的主要生长技术.为了获得高质量的4H-SiC外延材料,在偏向<1120>方向8°的4H-SiC(0001)Si-面衬底上,利用台阶控制生长技术进行4H-SiC的同质外延生长.表面形貌是SiC外延材料质量好坏的一个重要参数,为此研究了表面形貌与工艺参数的关系,探讨了4H-SiC外延膜的表面缺陷形成原因.利用Raman散射技术研究了非均匀4H-SiC外延材料的多晶型现象.     

Si衬底上无坑洞3C-SiC的外延生长研究

在冷壁式不锈钢超高真空系统上 ,利用低压化学气相淀积 (LPCVD)方法在直径为 5 0 mm的单晶 Si(1 0 0 )和 Si(1 1 1 )晶向衬底上生长出了高取向无坑洞的晶态立方相碳化硅 (3 C-Si C)外延材料 ,利用反射高能电子衍射 (RHEED)和扫描电镜 (SEM)技术详细研究了 Si衬底的碳化过程、碳化层的表面形貌及缺陷结构 ,获得了界面平整光滑、没有空洞形成的 3 C-Si C外延材料 ,并采用 X-射线衍射 (XRD)、双晶 X-射线衍射 (DXRD)和霍尔(Hall)测试等技术研究了外延材料的结构和电学特性     

偏晶向(0001)Si-面衬底上4H-SiC的LPCVD外延生长

化学气相沉积（CVD）是微电子器件用SiC外延材料的主要生长技术. 为了获得高质量的4H-SiC外延材料，在偏向〈1120〉方向8. 的4H-SiC (0001) Si-面衬底上，利用台阶控制生长技术进行4H-SiC的同质外延生长. 表面形貌是SiC外延材料质量好坏的一个重要参数，为此研究了表面形貌与工艺参数的关系，探讨了4H-SiC外延膜的表面缺陷形成原因. 利用Raman散射技术研究了非均匀4H-SiC外延材料的多晶型现象.     

X-ray diffraction and high resolution transmission electron microscopy of 3C-SiC/AlN/6H-SiC(0001)

The structure and crystal quality of epitaxial films of SiC/AlN/6H-SiC(0001) prepared by chemical vapor deposition were evaluated by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and x-ray diffraction techniques. Cross-sectional HRTEM revealed an abrupt AlN layer-6H-SiC substrate junction, but the transition between the AlN and SiC layers was much rougher, leading to the formation of a highly disordered SiC region adjacent to the interface. The AlN layer was relatively defect free, while the SiC layer contained many microtwins and stacking faults originating at the top SiC/AlN interface. The SiC layer was the 3C-polytype, as determined by double crystal x-ray rocking curves. The SiC layers were under in-plane compressive stress, with calculated defect density between 2–4×10⁷ defects/cm⁻².     

Generation and annealing characteristics of paramagnetic centers in oxidized 3C-SiC and 6H-SiC

Electron paramagnetic resonance studies show that defects are activated in oxidized 3C-SiC and 6H-SiC by heat-treatments at temperatures greater than 800°C in dry (<1 ppm H₂O) N₂ or O₂ ambients. Annealing in forming gas (7% H₂, 93% N₂) at 700°C completely passivates the centers induced by the dry heat-treatment. By contrasting the generation and annealing kinetics for these centers with the well studied Si dangling bond, we suggest that the centers in the oxidized SiC are C dangling bonds created by hydrogen effusion during the dry heat-treatment.     

Structural characterization of oxide layers thermally grown on 3C-SiC films

The oxidation of 3C-SiC films deposited on off-oriented Si(001) substrates by reactive magnetron sputtering has been studied. The oxidation was carried out using dry conditions at a temperature of 1200°C. The composition of the oxide layer was investigated by Auger electron spectroscopy (AES). The oxide layer was found to contain no C except for the region very close to the interface, and the stoichiometry was found to be close to that of SiO₂. Cross-sectional transmis-sion electron microscopy (XTEM) showed the oxide layer to be completely amorphous, dense, and homogeneous with a uniform thickness. High-resolution XTEM imaging showed an atomically sharp SiO₂/SiC interface.     

Si衬底上SiC薄膜的快速生长

用垂直式低压化学气相沉积(LPCVD)系统,在(111)和(100)Si衬底上快速外延生长了SiC.用Nomarski光学显微镜和X射线衍射(XRD)分析了SiC外延膜.探讨了生长速度与反应气体流量的关系,HCl在反应过程中的作用机理,以及在快速生长条件下外延膜的结晶和取向关系.     

Si上外延的n型3C-SiC欧姆接触研究

用LPCVD在Si(111)上异质外延了n型3C-SiC,并在所外延的3C-SiC上蒸发Au/Ti,通过不同温度下的RTA(快速热退火)形成欧姆接触。用两种不同的传输线模型对Ti/3C-SiC欧姆接触的ρc(比接触电阻率)进行测量,在750°C退火后Ti/3C-SiC的ρc达到了最低值为3.68×10-5Ω·cm2,这满足了应用的要求。AES分析结果还表明由于Ti的氧化,更高温度下的退火会使ρc增大。     

SiC单晶片C面固结磨料化学机械抛光的研究

本文研究了三种不同种类的磨料对SiC单晶片去除率的影响.最终选用金刚石磨料作为SiC单晶片的化学机械抛光磨料.结果表明:固结磨料CMP的材料去除率是游离磨料的3倍以上,固结磨料抛光垫,可大幅度提高材料去除效率.     

Si衬底上SiC薄膜的快速生长

用垂直式低压化学气相沉积(LPCVD)系统,在(111)和(100)Si衬底上快速外延生长了SiC.用Nomarski光学显微镜和X射线衍射(XRD)分析了SiC外延膜.探讨了生长速度与反应气体流量的关系,HCl在反应过程中的作用机理,以及在快速生长条件下外延膜的结晶和取向关系.     

外延生长6H-SiC/Si薄膜的微结构研究

采用 Si H4 -C3H8-H2 气体反应体系 ,通过 APCVD工艺在 Si(1 0 0 )衬底上进行 Si C薄膜生长时 ,严格控制缓冲层生长的工艺条件 ,即 1 3 0 0°C碳化温度较高的 C3H8饱和浓度 ,可以获得结晶质量良好的 6H-Si C单晶外延层。利用 SEM、X射线衍射能谱 (XRD)及光致发光谱 (PL)分析了薄膜微结构并讨论了其微观机制     

Investigation of the transition layer in 3C-SiC/6H-SiC heterostructures

Transmission electron microscopy and the cathodoluminescence method are used to study the transition region in 3C-SiC/6H-SiC heterostructures. It is shown that this region is, as a rule, constituted by alternating 3C-SiC and 6H-SiC layers with the possible inclusion of other silicon carbide polytypes. An assumption is made that this structure of the transition region can be explained in terms of the model of spinodal decomposition.