專利名稱：氧化硅上制備低阻碳化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氧化硅上制備低阻碳化 硅的方法。
背景技術(shù)：
碳化硅具有寬帶隙,高擊穿場強(qiáng),高熱導(dǎo)率,高飽和電子漂移速率,極好 的物理化學(xué)穩(wěn)定性等,在高溫、高頻、大功率、抗輻射等應(yīng)用領(lǐng)域有著得天
獨(dú)厚的優(yōu)勢。碳化硅優(yōu)越的性能使其在微(納)機(jī)械系統(tǒng)(MEMS和NEMS) 中有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，尤其是對(duì)于應(yīng)用于極端或惡劣環(huán)境中(高溫、高 壓、強(qiáng)腐蝕性等)的MEMS器件。由于硅具有大尺寸，高的晶體質(zhì)量， 成本低等優(yōu)點(diǎn)，硅基MEMS器件一度成為研究的熱點(diǎn)并逐漸達(dá)到應(yīng)用領(lǐng) 域，但是硅基器件不能承受高的工作溫度(低于25(TC)。新型材料碳化硅 可以突破這些限制，并且高的熱導(dǎo)率可以解決高溫應(yīng)用中的散熱問題。碳 化硅具有較高的楊氏模量，高的聲學(xué)速率"~應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中 的射頻元件(諧振器和濾波器)可以提高諧振頻率，增加頻率選擇性。
碳化硅可以在多種襯底上生長得到。氧化硅上生長碳化硅是碳化硅應(yīng) 用于MEMS最有效的技術(shù)。氧化硅作為MEMS器件制作工藝中的犧牲層， MEMS器件懸空結(jié)構(gòu)和襯底之間的距離可以靠調(diào)整氧化硅層的厚度靈活 設(shè)計(jì)。氧化硅上生長碳化硅可以在較低溫度下實(shí)現(xiàn)，大大降低膜層的熱應(yīng) 力，從而增加器件的有效性。
氧化硅上制備碳化硅應(yīng)用于MEMS器件， 一是需要解決生長溫度問 題，高的生長溫度造成膜層的熱應(yīng)力過大；二是需要得到良好表面形貌的 碳化硅膜層，適用于MEMS器件制作工藝；三是生長的碳化硅需要有良 好的導(dǎo)電性，通過摻雜技術(shù)可以得到低阻碳化硅膜層。低壓化學(xué)氣相沉積 是生長碳化硅有效的技術(shù)，優(yōu)化生長條件可以實(shí)現(xiàn)較低溫度下的碳化硅生 長，并且表面形貌良好，同時(shí)可以采用生長時(shí)在源氣體中添加摻雜劑的方 法來實(shí)現(xiàn)原位N型或P型摻雜，得到低阻碳化硅膜層。本發(fā)明采用低壓化學(xué)氣相沉積裝置在氧化硅上制備碳化硅膜，同時(shí)采 用原位摻雜方法，得到表面形貌良好的低阻碳化硅膜，為研制碳化硅 MEMS器件提供了一項(xiàng)有意義的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化硅上制備低阻碳化硅的方法。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案首先在襯底11上制備氧化硅層12，采用等 離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，高溫氧化方法，常壓化學(xué)氣相沉積方法或 低壓化學(xué)氣相沉積方法；氧化硅層厚度根據(jù)需要可調(diào)。然后采用一種低1￡ 化學(xué)氣相沉積裝置在氧化硅12上制備碳化硅層13，采用原位摻雜技術(shù)獲 得低阻碳化硅膜。
本發(fā)明的機(jī)理和技術(shù)特點(diǎn)氧化硅上制備低阻碳化硅是碳化硅這一新
型材料應(yīng)用于MEMS領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。氧化硅可以在多種襯底上制 作，其方法可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法，高溫氧化方法，常 壓化學(xué)氣相沉積方法或低壓化學(xué)氣相沉積方法。這些方法得到的氧化硅表 面平整且厚度可調(diào)。采用低壓化學(xué)氣相沉積方法在氧化硅上生長碳化硅可 以在較低溫度下實(shí)現(xiàn)，低溫淀積碳化硅可以減小膜層中的熱應(yīng)力；生長釆 用的源氣體為乙烯(或丙烷)和硅烷，優(yōu)化氣體流量參數(shù)可以得到劑量比 的碳化硅生長，從而避免硅過剩造成的表面粗糙化問題；原位摻雜是得到 低阻碳化硅最直接有效的方法，摻雜采用N型或P型摻雜，N型摻雜采用 氨氣或氮?dú)?，P型摻雜采用硼垸或三甲基鋁，其中合適的流量控制是達(dá)到 有效摻雜的關(guān)鍵技術(shù)。
采用本發(fā)明提出的方法制作的膜層結(jié)構(gòu)可以很好的應(yīng)用于碳化硅 MEMS器件中，提高碳化硅MEMS器件性能，并顯著擴(kuò)大MEMS器件的 應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的氧化硅上制備的低阻碳化硅的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2a是本發(fā)明的氧化硅上制備的低阻碳化硅的橫斷面結(jié)構(gòu)的掃描電 鏡圖；圖2b是本發(fā)明的氧化硅上制備的低阻碳化硅膜表面形貌的掃描電鏡圖3是本發(fā)明的氧化硅上制備的低阻碳化硅膜的X射線衍射測試纟g果。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明提出一種氧化硅上制備低阻碳化硅的方法，包括以下步驟 在襯底11上生長氧化硅12，生長方法采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉
積方法，高溫氧化方法，常壓化學(xué)氣相沉積方法或低壓化學(xué)氣相沉積方法。
氧化硅的厚度根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和器件需要來確定。
將生長氧化硅層的襯底放入低壓化學(xué)氣相沉積裝置中，在氫氣環(huán)境中
升溫進(jìn)行碳化硅13生長，溫度為1000 1250°C，通入源氣體為乙烯(或 丙烷)和硅烷。乙烯或丙烷流量為1.5 6標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，硅垸流量為0.5 2標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，反應(yīng)室壓力為5000 15000帕。在生長的同時(shí)通入摻雜 氣體進(jìn)行原位摻雜，N型摻雜為氨氣或氮?dú)猓琍型摻雜為硼烷或三甲基鋁， 氨氣或氮?dú)饬髁繛?.1 1標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，硼烷或三甲基鋁流量為1 1(〕 標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘。
生長結(jié)束后，關(guān)閉摻雜氣體，硅垸和乙烯(或丙烷)，在氫氣環(huán)境下 降溫至室溫。
以下為一具體實(shí)施例，步驟如下
(1) 襯底ll選取Si (100)，采用標(biāo)準(zhǔn)的硅濕式化學(xué)清洗方法清洗硅 襯底。
(2) 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在硅襯底上淀積氧化硅層 12，厚度為200nm。
(3) 將生長氧化硅層的硅襯底放入低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，升溫至 120(TC進(jìn)行碳化硅13生長，通入丙烷、硅烷和氨氣，流量分別 為3標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，1標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘和0.5標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，生 長室壓力為5300帕。
(4) 生長結(jié)束后，關(guān)閉氨氣、硅烷和乙烯，在氫氣保護(hù)下降溫至室溫。在氧化硅上制備的碳化硅膜表面平整，光亮如鏡面，原位摻雜得到的
碳化硅電阻率O. 1Q，cm，可以與金屬形成良好的歐姆接觸。采用場發(fā)射掃 描電鏡觀察的氧化硅上生長碳化硅的橫斷面結(jié)構(gòu)如圖2a所示。采用場發(fā) 射掃描電鏡觀察的氧化硅上生長碳化硅膜層的表面形貌如圖2b所示。釆 用X射線衍射測試的氧化硅上生長的碳化硅膜如圖3所示，其結(jié)果為SiC (111)晶向的高取向織構(gòu)生長。
至此己經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它的改 變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實(shí)施例，而應(yīng)由 所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1. 一種氧化硅上制備低阻碳化硅的方法，其特征在于，包括如下步驟1)在襯底(11)上淀積氧化硅層(12)；2)在氧化硅(12)上淀積碳化硅層(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅上制備低阻碳化硅的方法，其特征在于，所述襯底(11)為硅，或?yàn)樗{(lán)寶石，或?yàn)榈?，或?yàn)樘蓟?，或?yàn)?石英，或?yàn)樯榛墶?br> 3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅上制備低阻碳化硅的方法，其特征在 于，所述氧化硅層(12)的制備方法為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法， 或?yàn)楦邷匮趸椒?，或?yàn)槌夯瘜W(xué)氣相沉積方法或?yàn)榈蛪夯瘜W(xué)氣相沉積方法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅上制備低阻碳化硅的方法，其特征在 于，所述碳化硅層(13)采用低壓化學(xué)氣相沉積裝置生長，生長室壓力為 5000 15000帕，生長溫度為1000 1250°C，采用的源氣體為乙烯和硅烷， 或?yàn)楸凸枸?，流量分別為1. 5 6標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘和0. 5 2標(biāo)準(zhǔn)毫升/ 分鐘。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的氧化硅上制備低阻碳化硅的方法，其特 征在于，所述碳化硅層(13)采用原位摻雜方法來得到。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧化硅上制備低阻碳化硅的方法，其特征在 于，所述原位摻雜方法包括在生長的同時(shí)在源氣體中添加摻雜劑，其中N 型摻雜采用氨氣或氮?dú)?，P型摻雜采用硼垸或三甲基鋁，氨氣或氮?dú)饬髁?為0. 1 1標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，硼烷或三甲基鋁流量為1 10標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種在氧化硅上制備低阻碳化硅的方法。本發(fā)明主要包括(1)在襯底上生長氧化硅層；(2)在氧化硅上采用低壓化學(xué)氣相沉積方法生長碳化硅。碳化硅生長采用乙烯(或丙烷)和硅烷作為源氣體，優(yōu)化生長條件得到良好形貌的碳化硅層。同時(shí)采用原位摻雜的方法降低碳化硅的電學(xué)電阻，N型摻雜源氣體為氨氣或氮?dú)猓琍型摻雜源氣體為硼烷或三甲基鋁。采用優(yōu)化的生長條件在氧化硅上獲得低阻且表面平整光滑的碳化硅膜層。該發(fā)明的材料結(jié)構(gòu)可以用于微納機(jī)械系統(tǒng)(MEMS和NEMS)中。碳化硅作為MEMS結(jié)構(gòu)材料層，其優(yōu)越的性能使得器件可以應(yīng)用于高溫以及抗腐蝕等惡劣環(huán)境中；碳化硅高的楊氏模量可以大大提高諧振器及濾波器的諧振頻率，應(yīng)用于射頻通信系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)C23C16/40GK101440481SQ20071017778
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者劉興昉, 孫國勝, 瑾 寧, 曾一平, 李晉閩, 亮 王, 雷 王, 趙萬順, 趙永梅 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所