專利名稱：一種碳化硅薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳化硅薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用原子層沉積設(shè)備制備碳化硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
阿奇遜在1891年發(fā)現(xiàn)SiC材料以來，SiC已成為人們廣為利用的非氧化物陶瓷材料。它有許多特性，如硬度高、耐磨削、耐高溫、耐氧化、耐腐蝕、高熱導(dǎo)率、高化學(xué)穩(wěn)定性、 寬帶隙以及高電子遷移率等，被作為磨料、耐火材料、電熱元件、黑色有色金屬冶煉等應(yīng)用的原料。其常見晶體結(jié)構(gòu)有六方和立方體兩種結(jié)構(gòu)，把它用做襯底可以較好地解決器件的散熱問題，因此在半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域占有著重要的地位。其次，在近期的研究熱門石墨烯中，熱處理SiC襯底是一種制備石墨烯的方法，這一發(fā)現(xiàn)又促使了碳化硅材料的運(yùn)用。目前制備碳化硅的方法主要是還原SiO2的方法，碳?xì)浠衔锖凸璧穆然锏暮铣煽梢缘玫捷^高純物質(zhì)，在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)SiC也是在研究的方法。但是，目前的方法都面臨著生產(chǎn)成本較高的難題，SiC襯底的價(jià)格都居高不下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅薄膜的制備方法，所述方法制備出的碳化硅薄膜薄膜具有完整的晶格。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種碳化硅薄膜的制備方法，包括如下步驟 將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；
向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含碳物質(zhì)，所述含碳物質(zhì)與所述硅襯底表面發(fā)生碳化學(xué)吸附，使得所述含碳物質(zhì)中的碳原子吸附在所述硅襯底表面；
向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含硅物質(zhì)，所述含硅物質(zhì)與所述硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，所述含硅物質(zhì)中的硅原子與所述硅襯底表面的碳原子形成碳硅鍵，待反應(yīng)完全后，所述硅襯底表面即生成碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)。上述方案中，所述將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中的步驟之前還包括 所述硅襯底的表面經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)液和氫氟酸處理，所述硅襯底處理后的表面含有硅氫鍵。上述方案中，所述含碳物質(zhì)為四氯化碳。上述方案中，所述四氯化碳的流速為10SCCm-400SCCm，進(jìn)氣時(shí)間為0. 5s-ls0上述方案中，所述含硅物質(zhì)為硅烷。上述方案中，所述硅烷的流速為lOsccm-lOOsccm，時(shí)間為0. 5s-ls0上述方案中，所述在向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含碳物質(zhì)或含硅物質(zhì)的步驟之前還包括向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔通入氬氣或氮?dú)?。與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明采用的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下
本發(fā)明使用原子層沉積設(shè)備，利用襯底的晶格結(jié)構(gòu)對(duì)生長(zhǎng)的影響，使得長(zhǎng)出的碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)具有完整的晶格，同時(shí)也使得在硅基上生長(zhǎng)的薄膜的結(jié)構(gòu)性能得到提高。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中硅襯底表面經(jīng)過處理的形成Si-H鍵的示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例中向原子層沉積反應(yīng)腔通入四氯化碳并與硅襯底發(fā)生反應(yīng)的示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例中硅襯底表面完全被碳吸附后的示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中向原子層沉積反應(yīng)腔通入硅烷并于硅襯底表面碳原子發(fā)生反應(yīng)的示意圖5為本發(fā)明實(shí)施例中硅襯底表面碳原子反應(yīng)完全后的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)施例提供一種碳化硅薄膜的制備方法，具體包括如下步驟
步驟101，通過標(biāo)準(zhǔn)液和氫氟酸處理單晶硅(111)襯底的表面，在硅襯底表面形成硅氫鍵，如圖1所示，其中，標(biāo)準(zhǔn)液是指1號(hào)液，濃硫酸雙氧水=4:1 ;2號(hào)液，氨水純凈水 雙氧水=1 5 1 ;3號(hào)液，鹽酸雙氧水純凈水=1:1:6;
步驟102，向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入氮?dú)?0秒，對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行清洗； 步驟103，開啟設(shè)備，調(diào)整工作參數(shù)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需工作環(huán)境；向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入四氯化碳CCl4,四氯化碳是以飽和蒸發(fā)的方式通過載氣進(jìn)入到反應(yīng)腔中，載氣流量為30sCCm，時(shí)間為0. 5s，四氯化碳中的碳原子與硅襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，碳原子吸附在硅襯底表面，如圖2所示，反應(yīng)式為 Si-H+ C-Cl ^Si-C +HCl ；反應(yīng)時(shí)間為5s，反應(yīng)完全后的結(jié)果如圖3所示； 步驟104，向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入氮?dú)?0秒，對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行清洗； 步驟105，向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入硅烷SiH4，硅烷是以飽和蒸發(fā)的方式通過載氣進(jìn)入到反應(yīng)腔中，載氣的流速為30sCCm，進(jìn)氣時(shí)間為0. 5s，硅烷與硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，硅烷中的氫原子與硅襯底表面的氯原子生成副產(chǎn)物HCl而排除到反應(yīng)腔外，硅烷中的硅原子與碳原子形成C-Si鍵，如圖4所示，反應(yīng)式為:C-Ci+ Sim C-Si+ HCl ； 硅襯底表面碳原子反應(yīng)完全后，如圖5所示，硅襯底表面形成碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)；
步驟106，根據(jù)所需要厚度，重復(fù)以上步驟102和步驟105，即可在硅襯底上逐層生出碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，步驟102和步驟104中還可以使用氬氣對(duì)原子層沉積反應(yīng)腔進(jìn)行清洗。本發(fā)明通過在ALD設(shè)備反應(yīng)腔體中通入含碳物質(zhì)，通過化學(xué)作用，使得碳原子吸附在襯底上。在此基礎(chǔ)上再向腔體中通入含硅物質(zhì)，含硅物質(zhì)中的官能團(tuán)和硅襯底表面未反應(yīng)的官能團(tuán)相互作用形成副產(chǎn)物而排除到腔體外。剩下的碳、硅原子則在襯底晶體結(jié)構(gòu)的作用下形成立方形的碳化硅薄膜。本發(fā)明通過兩種源的交替通入相互取代而生成碳化硅薄膜，利用襯底的晶格結(jié)構(gòu)對(duì)生長(zhǎng)的影響，使得長(zhǎng)出的碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)具有完整的晶格；本發(fā)明使得碳化硅薄膜的生長(zhǎng)不局限于藍(lán)寶石襯底，同時(shí)使得在硅襯底上生長(zhǎng)的碳化硅薄膜的結(jié)構(gòu)性能得到提高。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含碳物質(zhì)，所述含碳物質(zhì)與所述硅襯底表面發(fā)生碳化學(xué)吸附，使得所述含碳物質(zhì)中的碳原子吸附在所述硅襯底表面；向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含硅物質(zhì)，所述含硅物質(zhì)與所述硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，所述含硅物質(zhì)中的硅原子與所述硅襯底表面的碳原子形成碳硅鍵，待反應(yīng)完全后，所述硅襯底表面即生成碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述碳化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中的步驟之前還包括所述硅襯底的表面經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)液和氫氟酸處理，所述硅襯底處理后的表面含有硅氫鍵。
3.如權(quán)利要求1所述碳化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述含碳物質(zhì)為四氯化碳。
4.如權(quán)利要求3所述碳化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述四氯化碳的流速為 10sccm-400sccm，進(jìn)氣時(shí)間為 0. 5s_ls。
5.如權(quán)利要求1所述碳化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述含硅物質(zhì)為硅烷。
6.如權(quán)利要求5所述碳化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述硅烷的流速為 10sccm-100sccm,時(shí)間為 0. 5s_ls。
7.如權(quán)利要求1所述碳化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述在向所述原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含碳物質(zhì)或含硅物質(zhì)的步驟之前還包括向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔通入氬氣或氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及碳化硅薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用原子層沉積設(shè)備制備碳化硅薄膜的方法。所述制備方法，包括如下步驟將硅襯底放置于原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中；向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含碳物質(zhì)，含碳物質(zhì)與硅襯底表面發(fā)生碳化學(xué)吸附，使得含碳物質(zhì)中的碳原子吸附在硅襯底表面；向原子層沉積設(shè)備反應(yīng)腔中通入含硅物質(zhì)，含硅物質(zhì)與硅襯底表面發(fā)生鹵代反應(yīng)，含硅物質(zhì)中的硅原子與硅襯底表面的碳原子形成碳硅鍵，待反應(yīng)完全后，硅襯底表面即生成碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明使用原子層沉積設(shè)備，利用襯底的晶格結(jié)構(gòu)對(duì)生長(zhǎng)的影響，使得長(zhǎng)出的碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)具有完整的晶格，同時(shí)也使得在硅基上生長(zhǎng)的薄膜的結(jié)構(gòu)性能得到提高。
文檔編號(hào)C23C16/02GK102304701SQ20111028721
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者萬軍, 劉鍵, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 石莎莉, 陳波, 饒志鵬, 黃成強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所