通过氯化氢化学气相沉积法对厚4HSiC薄膜同质外延生长...

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。