专利名称：一种碳化硅薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及碳化硅薄膜制备技术领域，具体涉及一种用原子层沉积设备制备碳化硅薄膜的方法。
背景技术：
阿奇逊在1891年发现SiC材料以来，SiC已成为人们广为利用的非氧化物陶瓷材料。它有许多特性，如硬度高、耐磨削、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、高热导率、高化学稳定性、 宽带隙以及高电子迁移率等，被作为磨料、耐火材料、电热元件、黑色有色金属冶炼等应用的原料。其常见晶体结构有六方和立方体两种结构，把它用做衬底可以较好地解决器件的散热问题，因此在半导体照明技术领域占有着重要的地位。其次，在近期的研究热门石墨烯中，热处理SiC衬底是一种制备石墨烯的方法，这一发现又促使了碳化硅材料的运用。目前制备碳化硅的方法主要是还原SiO2的方法，碳氢化合物和硅的氯化物的合成可以得到较高纯物质，在蓝宝石衬底上外延生长SiC也是在研究的方法。但是，目前的方法都面临着生产成本较高的难题，SiC衬底的价格都居高不下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅薄膜的制备方法，所述方法制备出的碳化硅薄膜薄膜具有完整的晶格。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为 一种碳化硅薄膜的制备方法，包括如下步骤 将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；
向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳物质，所述含碳物质与所述硅衬底表面发生碳化学吸附，使得所述含碳物质中的碳原子吸附在所述硅衬底表面；
向所述原子层沉积设备反应腔中通入含硅物质，所述含硅物质与所述硅衬底表面发生卤代反应，所述含硅物质中的硅原子与所述硅衬底表面的碳原子形成碳硅键，待反应完全后，所述硅衬底表面即生成碳化硅薄膜结构。上述方案中，所述将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中的步骤之前还包括 所述硅衬底的表面经过标准液和氢氟酸处理，所述硅衬底处理后的表面含有硅氢键。上述方案中，所述含碳物质为四氯化碳。上述方案中，所述四氯化碳的流速为10SCCm-400SCCm，进气时间为0. 5s-ls0上述方案中，所述含硅物质为硅烷。上述方案中，所述硅烷的流速为lOsccm-lOOsccm，时间为0. 5s-ls0上述方案中，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳物质或含硅物质的步骤之前还包括向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气。与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下
本发明使用原子层沉积设备，利用衬底的晶格结构对生长的影响，使得长出的碳化硅薄膜结构具有完整的晶格，同时也使得在硅基上生长的薄膜的结构性能得到提高。
图1为本发明实施例中硅衬底表面经过处理的形成Si-H键的示意图2为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入四氯化碳并与硅衬底发生反应的示意图3为本发明实施例中硅衬底表面完全被碳吸附后的示意图； 图4为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入硅烷并于硅衬底表面碳原子发生反应的示意图5为本发明实施例中硅衬底表面碳原子反应完全后的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。本实施例提供一种碳化硅薄膜的制备方法，具体包括如下步骤
步骤101，通过标准液和氢氟酸处理单晶硅(111)衬底的表面，在硅衬底表面形成硅氢键，如图1所示，其中，标准液是指1号液，浓硫酸双氧水=4:1 ;2号液，氨水纯净水 双氧水=1 5 1 ;3号液，盐酸双氧水纯净水=1:1:6;
步骤102，向原子层沉积设备反应腔中通入氮气30秒，对反应腔进行清洗； 步骤103，开启设备，调整工作参数，达到实验所需工作环境；向原子层沉积设备反应腔中通入四氯化碳CCl4,四氯化碳是以饱和蒸发的方式通过载气进入到反应腔中，载气流量为30sCCm，时间为0. 5s，四氯化碳中的碳原子与硅衬底表面发生化学反应，碳原子吸附在硅衬底表面，如图2所示，反应式为 Si-H+ C-Cl ^Si-C +HCl ；反应时间为5s，反应完全后的结果如图3所示； 步骤104，向原子层沉积设备反应腔中通入氮气30秒，对反应腔进行清洗； 步骤105，向原子层沉积设备反应腔中通入硅烷SiH4，硅烷是以饱和蒸发的方式通过载气进入到反应腔中，载气的流速为30sCCm，进气时间为0. 5s，硅烷与硅衬底表面发生卤代反应，硅烷中的氢原子与硅衬底表面的氯原子生成副产物HCl而排除到反应腔外，硅烷中的硅原子与碳原子形成C-Si键，如图4所示，反应式为:C-Ci+ Sim C-Si+ HCl ； 硅衬底表面碳原子反应完全后，如图5所示，硅衬底表面形成碳化硅薄膜结构；
步骤106，根据所需要厚度，重复以上步骤102和步骤105，即可在硅衬底上逐层生出碳化硅薄膜结构。本实施例中，步骤102和步骤104中还可以使用氩气对原子层沉积反应腔进行清洗。本发明通过在ALD设备反应腔体中通入含碳物质，通过化学作用，使得碳原子吸附在衬底上。在此基础上再向腔体中通入含硅物质，含硅物质中的官能团和硅衬底表面未反应的官能团相互作用形成副产物而排除到腔体外。剩下的碳、硅原子则在衬底晶体结构的作用下形成立方形的碳化硅薄膜。本发明通过两种源的交替通入相互取代而生成碳化硅薄膜，利用衬底的晶格结构对生长的影响，使得长出的碳化硅薄膜结构具有完整的晶格；本发明使得碳化硅薄膜的生长不局限于蓝宝石衬底，同时使得在硅衬底上生长的碳化硅薄膜的结构性能得到提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳物质，所述含碳物质与所述硅衬底表面发生碳化学吸附，使得所述含碳物质中的碳原子吸附在所述硅衬底表面；向所述原子层沉积设备反应腔中通入含硅物质，所述含硅物质与所述硅衬底表面发生卤代反应，所述含硅物质中的硅原子与所述硅衬底表面的碳原子形成碳硅键，待反应完全后，所述硅衬底表面即生成碳化硅薄膜结构。
2.如权利要求1所述碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中的步骤之前还包括所述硅衬底的表面经过标准液和氢氟酸处理，所述硅衬底处理后的表面含有硅氢键。
3.如权利要求1所述碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述含碳物质为四氯化碳。
4.如权利要求3所述碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述四氯化碳的流速为 10sccm-400sccm，进气时间为 0. 5s_ls。
5.如权利要求1所述碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述含硅物质为硅烷。
6.如权利要求5所述碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述硅烷的流速为 10sccm-100sccm,时间为 0. 5s_ls。
7.如权利要求1所述碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳物质或含硅物质的步骤之前还包括向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气。
全文摘要
本发明涉及碳化硅薄膜制备技术领域，具体涉及一种用原子层沉积设备制备碳化硅薄膜的方法。所述制备方法，包括如下步骤将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；向原子层沉积设备反应腔中通入含碳物质，含碳物质与硅衬底表面发生碳化学吸附，使得含碳物质中的碳原子吸附在硅衬底表面；向原子层沉积设备反应腔中通入含硅物质，含硅物质与硅衬底表面发生卤代反应，含硅物质中的硅原子与硅衬底表面的碳原子形成碳硅键，待反应完全后，硅衬底表面即生成碳化硅薄膜结构。本发明使用原子层沉积设备，利用衬底的晶格结构对生长的影响，使得长出的碳化硅薄膜结构具有完整的晶格，同时也使得在硅基上生长的薄膜的结构性能得到提高。
文档编号C23C16/02GK102304701SQ20111028721
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者万军, 刘键, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 石莎莉, 陈波, 饶志鹏, 黄成强 申请人:中国科学院微电子研究所