【APCSCRM2018期刊论文二】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 ...

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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Cl / Si比对外延膜质量和生长速率的影响进行了研究。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生长比的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。

同时为了检验用HCl添加剂以不同外延生长速率生长的4H-SiC外延层的表面质量，外延层的表面通过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。外延膜具有均匀的4H多型，最大均方根粗糙度（RMS）为1.3nm。