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.     

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.     

基于三氯硅烷的高质量4H-SiC多片外延生长

使用三氯硅烷(TCS)作为含氯生长源,在多片外延设备生长了高质量的4H-SiC外延材料.研究了原位预刻蚀气体HCl流量和刻蚀时间对SiC外延材料表面三角形缺陷的影响,使用光学显微镜和表面缺陷分析仪对SiC外延材料表面缺陷进行表征测试和统计,使用傅里叶红外测试仪(FTIR)和原子力显微镜(AFM)对外延材料表面形貌进行表征.结果表明,预刻蚀气体体积流量和时间对4英寸SiC外延材料表面三角形缺陷影响明显,随着HCl体积流量和时间的增加,材料表面的三角形缺陷密度先减小后增加,在HCl流量为100 mL/min、刻蚀时间为20 min时,三角形缺陷密度最低达到0.47cm-2.此外,通过调整C/Si比和载气体积流量等参数,使4英寸SiC外延材料掺杂浓度不均匀性和厚度不均匀性均得到有效改善,结果表明该外延片质量满足SiC电力电子器件的应用.     

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.     

4H-SiC低压热壁CVD同质外延生长及特性

为了获得高质量4H-SiC外延材料,研制出一套水平式低压热壁CVD(LP-HWCVD)生长系统,在偏晶向的4H-SiC Si(0001)晶面衬底上,利用"台阶控制生长"技术进行了4H-SiC的同质外延生长,典型生长温度和压力分别为1500℃和1.3×103Pa,生长速率控制在1.0μm/h左右.采用Nomarski光学显微镜、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射、Raman散射以及低温光致发光测试技术,研究了4H-SiC的表面形貌、结构和光学特性以及用NH3作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术,并在此基础上获得了4H-SiC p-n结二极管以及它们在室温及400℃下的电致发光特性,实验结果表明4H-SiC在Si不能工作的高温环境下具有极大的应用潜力.     

4H-SiC低压热壁CVD同质外延生长及特性

为了获得高质量4H-SiC外延材料,研制出一套水平式低压热壁CVD(LP-HWCVD)生长系统,在偏晶向的4H-SiCSi(0001)晶面衬底上,利用“台阶控制生长”技术进行了4H-SiC的同质外延生长,典型生长温度和压力分别为1500℃和1.3e3Pa,生长速率控制在1.0μm/h左右.采用Nomarski光学显微镜、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射、Raman散射以及低温光致发光测试技术,研究了4H-SiC的表面形貌、结构和光学特性以及用NH3作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术,并在此基础上获得了4H-SiCp-n结二极管以及它们在室温及400℃下的电致发光特性,实验结果表明4H-SiC在Si     

75mm 4°偏轴4H-SiC水平热壁式CVD外延生长

利用水平热壁式CVD外延生长技术,在75mm偏向1120方向4°的(0001)Si-面n型导电衬底上同质外延生长了4H-SiC薄膜.光学显微镜和原子力显微镜测试结果表明外延层表面存在三角形、胡萝卜状等典型的4°偏轴外延缺陷及普遍的台阶形貌.通过优化外延参数,片内浓度均匀性(σ/mean)和厚度均匀性分别达到4.37%和l.81%.     

75mm 4°偏轴4H-SiC水平热壁式CVD外延生长

利用水平热壁式CVD外延生长技术,在75mm偏向1120方向4°的(0001)Si-面n型导电衬底上同质外延生长了4H-SiC薄膜.光学显微镜和原子力显微镜测试结果表明外延层表面存在三角形、胡萝卜状等典型的4°偏轴外延缺陷及普遍的台阶形貌.通过优化外延参数,片内浓度均匀性(σ/mean)和厚度均匀性分别达到4.37%和l.81%.     

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.