专利名称：用于MEMS器件的大面积3C-SiC薄膜的制备方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种能应用于 MEMS器件的大面积3C-SiC薄膜的低压化学气相沉积制备方 法。
背景技术：
立方相碳化硅(3C-SiC)不仅具有优异的机械强度，高 的弹性模量(比硅高3倍)，它还具有良好的热稳定性和化学 稳定性，耐辐射，高的电子迁移率，因此，它有望成为下一代 高性能MEMS器件的关键半导体材料。现有技术如专利CN 1 3 9 3 9 0 7 A使用常压化学反应 方法在SOI基材上制备碳化硅薄膜，并使用氧气和惰性气体对 反应生成的薄膜进行蚀刻以获得完整的碳化硅层。专利9 7 1 0 2 2 3 2. l使用略低于常压的化学反应方法并用过量的硅 源气体在甚高温度下制备碳化硅薄膜。这两种方法都不利于方 便经济地进行大面积地制备能应用于MEMS器件的高品质3 C-SiC薄膜。 发明内容本发明的目的是提供一种通过低压化学气相沉积制备大面积3 C-SiC薄膜的方法，此方法采用半导体Si单晶或SOI 或SIM0X作衬底，在竖直式(或水平式)低压化学汽相沉积设 备中通过刻蚀4 1 、碳化4 4和生长4 5三大步骤完成3 C-SiC薄膜1 3的制备。本发明一种用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备 方法，其特征在于，包括如下步骤 1 )取一衬底；2)将衬底外延生长面进行原位氢气刻蚀；3 )在低压化学汽相沉积炉中在该衬底刻蚀面上外延生长一炭化层，此炭化层作为衬底和3 C-SiC薄膜的过渡层，有利于制备3 C-SiC薄膜；4) 在炭化层上外延生长一3 C-SiC薄膜；5) 结束，完成3 C-SiC薄膜的制作。 其中衬底的材料为半导体Si单晶或SOI或SIM0X。 其中衬底的直径为2 8英寸，厚度大于3 0 0微米。 其中衬底的生长面晶面指数为(10 0)。 其中衬底的生长面晶面指数为(111)。 其中衬底的掺杂类型为n型掺杂，掺杂水平为l 017
其中衬底的掺杂类型为P型掺杂，掺杂水平为i o17 1 0 2 ° cnT3 。其中衬底的刻蚀是氢气刻蚀，所用刻蚀压力为4 0毫托 1 0 0托，温度为1 1 0 0 1 2 0 0 C，氢气流量为5 2 0标准升/分钟，刻蚀时间为4 6分钟，刻蚀完成后降温至 5 0 0 °C以下。其中碳化层的外延生长，其生长压力为4 0毫托 1 0 0 托，将衬底以5 2 0 。C /分钟加热至5 0 0 1 1 0 0 °C时通入流量为1 1 0标准毫升/分钟的丙垸或乙烯，所用生长 温度为l 1 0 0 1 2 0 0 °C，氢气流量为5 2 0标准升/ 分钟，时间为1 1 0分钟。其中生长3 C-SiC薄膜的生长压力为4 0毫托 1 0 0 托，改变丙烷或乙烯的通入速率为1 8标准毫升/分钟后， 衬底温度保持到l 1 0 0 1 3 5 0 。C,通入硅烷，通入速率 为O. 5 4标准毫升/分钟，生长结束后关闭硅烷、丙烷，在 氢气保护下降温至室温。制备的薄膜主要应用于MEMS器件。本发明是这样实现 的采用直径为2 8英寸的半导体Si单晶或SOI或SIMOX 作衬底，在竖直式(或水平式)低压化学汽相沉积炉中通过刻 蚀4 1 、碳化4 4和生长4 5三大步骤完成薄膜的制备。将衬 底l l置于衬底托2 6 (或将衬底l l置于衬底盒3 6)并固 定，抽真空并保持整个制备过程中炉体2 2 (或3 2 )内压力 为4 0毫托 1 0 0托。通过射频加热线圈2 4 (或3 4 )加 热衬底1 1 ，用氢气刻蚀衬底时，温度为1 1 0 0 1 2 0 0 °C，氢气流量为5 2 0标准升/分钟，刻蚀时间为4 6分 钟，刻蚀完成后降温至5 0 0 °C以下。接着碳化衬底制备过渡 层1 2 。衬底以5 2 0 。C/分钟加热至5 0 0 1 1 0 0 °C 时通入流量为1 1 0标准毫升/分钟的丙烷或乙烯，碳化温 度为1 1 0 0 1 2 0 0 °C ，氢气流量为5 2 0标准升/分 钟，碳化时间为1 1 0分钟。碳化结束后可在衬底1 1上制 备出碳化过渡层l 2。此时立即进行3 C-SiC薄膜的生长4 5。改变丙烷或乙烯的通入速率为1 8标准毫升/分钟后， 衬底温度保持到1 1 0 0 1 3 5 0 °C，通入硅垸，通入速率 为0.5 4标准毫升/分钟，生长一定时间后，可在碳化过渡 层l 2上制备出所需3 C-SiC薄膜1 3。关闭硅垸、丙烷，在 H2气保护下降温至室温。此发明能制备表面光亮、电阻率均 匀的3C-SiC薄膜，适用于MEMS器件。与现有技术相比，本发明重在发明是一种经济方便的低压 化学气相沉积制备工艺。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及 附图详细说明如后，其中-图1是薄膜、碳化过渡层及衬底位置关系示意图； 图2是竖直式低压化学汽相沉积炉及衬底放置方式示意图；图3是水平式低压化学汽相沉积炉及衬底放置方式示意图；图4是生长时间对生长温度关系图。
具体实施方式
请参阅图l所示，本发明一种用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1 )取一衬底1 1 ，该衬底1 1的材料为半导体Si单晶 或SOI或SIM0X，该衬底1 1的直径为2 8英寸，厚度大于 3 0 0微米，该衬底1 1的生长面晶面指数为(10 0)，该 衬底1 1的生长面晶面指数为(111)，该衬底1 1的掺杂 类型为n型掺杂，掺杂水平为l 017 1 0 2 °cm—3 ，该衬底 1 1的掺杂类型为P型掺杂，掺杂水平为1 0 17 1 0 2Qcnf3;2)将衬底11外延生长面进行原位氢气刻蚀；3 )在低压化学汽相沉积炉中在该衬底1 1刻蚀面上外延 生长一炭化层l 2，此炭化层1 2作为衬底1 l和3 C-SiC薄 膜l 3的过渡层，有利于制备3 C-SiC薄膜1 3;所述的碳化 层l 2的外延生长，其生长压力为4 0毫托 1 0 0托，将衬 底l 1以5 2 0。C/分钟加热至5 0 0 1 1 0 O'C时通入 流量为1 1 0标准毫升/分钟的丙烷或乙烯，所用生长温度
为l 1 0 0 1 2 0 ox:,氢气流量为5 2 o标准升/分钟，时间为1 1 0分钟；4)在炭化层1 2上外延生长一3 C-SiC薄膜1 3 ;其中 生长3 C-SiC薄膜l 3的生长压力为4 0毫托 1 0 0托，改 变丙垸或乙烯的通入速率为1 8标准毫升/分钟后，衬底1 l温度保持到l 1 0 0 1 3 5 0"C，通入硅垸，通入速率为 0. 5 4标准毫升/分钟，生长结束后关闭硅烷、丙垸，在氢 气保护下降温至室温；其中所述的衬底1 1的刻蚀是氢气刻蚀，所用刻蚀压力为 4 0毫托 1 0 0托，温度为1 1 0 0 1 2 0 0 。C，氢气流 量为5 2 0标准升/分钟，刻蚀时间为4 6分钟，刻蚀完 成后降温至5 0 0 'C以下。5 )结束，完成3 C-SiC薄膜的制作。实施例1请参阅图l所示，本发明涉及一种用于MEMS器件的大面 积3 C-SiC薄膜的制备方法，其中衬底l l是采用半导体Si 单晶材料作衬底，其直径为2英寸，厚度为4 0 O微米，双面 抛光，生长面指数为(1 0 0)，掺杂类型为n型掺杂，掺杂 水平为 1 0 2 0 cm-3 ，经标准RCA清洗工艺处理后，装入 竖直式直径为4英寸的低压化学汽相沉积炉(图2所示)。抽 真空至4 0托，从进气管2 l通入预热至4 2 OT的H2气 (纯度为9 9.9 9 9 5 %)，通入速率为5标准升/分钟，用 射频方式加热到1 1 0 0 °C，保温5分钟后降温至5 0 0 °C以下。用射频方式并以s x:/秒的速率加热，温度到6 0 0 。C时从进气管2 l通入纯度为9 9. 9 9 9 9 5 %的丙垸，通入速 率为5标准毫升/分钟，加热到1 1 5 0 'C ，保温8分钟。改变丙垸通入速率为1标准毫升/分钟，用射频方式加热到l 3 0 0°C，从进气管2 l通入纯度为9 9.9 9 9 9 8 %的硅 烷，通入速率为0 . 5标准毫升/分钟，保温1 2 0分钟后关闭 硅烷、丙垸，在H2气保护下降温至室温，此过程可参阅图4 。 此时，能应用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜己制备完成。实施例2请参阅图l所示，本发明涉及一种用于MEMS器件的大面 积3 C-SiC薄膜的制备方法，采用半导体S0I作衬底1 1，其 直径为4英寸，厚度为5 0 0微米，生长面抛光，面指数为(l 0 0)，掺杂类型为n型掺杂，掺杂水平为l 0 2flCnf3，经标准 RCA清洗工艺处理后，装入竖直式直径为6英寸的低压化学汽 相沉积炉(图2所示)。抽真空至4 0托，从进气管2 1通入 预热至4 2 0 r的H2气(纯度为9 9.9 9 9 5 %)，通入速 率为8标准升/分钟，用射频方式加热到1 1 0 0 °C ，保温3 分钟后降温至5 0 O'C以下。用射频方式并以8'C/秒的速率 加热，温度到6 0 0 'C时从进气管2 1通入纯度为9 9.9 9
9 9 5 %的丙烷，通入速率为6标准毫升/分钟，加热到1 10 0 °C，保温7分钟。改变H2气通入速率为6标准升/分钟， 改变丙烷通入速率为4标准毫升/分钟，用射频方式加热到1 2 0 0 °C，从进气管2 l通入纯度为9 9.9 9 9 9 8 %的硅 烷，通入速率为2标准毫升/分钟，保温l 0 0分钟后关闭硅 烷、丙烷，在H2气保护下降温至室温，此过程可参阅图4。 此时，能应用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜已制备完成。实施例3请参阅图l所示，本发明涉及一种用于MEMS器件的大面 积3 C-SiC薄膜的制备方法，采用半导体Si单晶作衬底1 1 ， 其直径为4英寸，厚度为4 5 0微米，生长面抛光，面指数为(111)，掺杂类型为P型掺杂，掺杂水平为1 0 19cm—3，经 标准RCA清洗工艺处理后，装入水平式直径为6英寸的低压化 学汽相沉积炉(图3所示)。抽真空至4 0托，从进气管3 1 通入预热至4 2 0 。C的H2气(纯度为9 9.9 9 9 5 %)，通 入速率为8标准升/分钟，用射频方式加热到1 2 0 0 'C ，保 温3分钟后降温至5 0 0 °C以下。用射频方式并以8 'C/秒的 速率加热，温度到6 0 0 'C时从进气管3 l通入纯度为9 9.9 9 9 9 8 %的乙烯，通入速率为8标准毫升/分钟，加热到1 2 0 0 °C，保温l O分钟。改变H2气通入速率为6标准升 /分钟，改变丙烷通入速率为5标准毫升/分钟，调整衬底l 1温度到l 1 0 0°C，从进气管3 l通入纯度为9 9.9 9 9 9 8 %的硅垸，通入速率为1 . 8标准毫升/分钟，保温1 5 0分 钟后关闭硅烷、乙烯，在H2气保护下降温至室温，此过程可 参阅图4 。此时，能应用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜 已制备完成。
权利要求
1.一种用于MEMS 件的大面积3C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1)取一衬底；2)将衬底外延生长面进行原位氢气刻蚀；3)在低压化学汽相沉积炉中在该衬底刻蚀面上外延生长一炭化层，此炭化层作为衬底和3C-SiC薄膜的过渡层，有利于制备3C-SiC薄膜；4)在炭化层上外延生长一3C-SiC薄膜；5)结束，完成3C-SiC薄膜的制作。
2 .根据权利要求1所述的用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中衬底的材料为半导 体Si单晶或SOI或SIM0X。
3 .根据权利要求1所述的用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中衬底的直径为2 8英寸，厚度大于3 0 0微米。
4 .根据权利要求3所述的用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中衬底的生长面晶面 指数为(1 0 0 )。
5.根据权利要求3所述的用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中衬底的生长面晶面 指数为(111)。
6 .根据权利要求4或5所述的用于MEMS器件的大面积 3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中衬底的掺杂类型 为n型掺杂，掺杂水平为l 017 1 02ecnf3。
7 .根据权利要求4或5所述的用于MEMS器件的大面积 3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中衬底的掺杂类型 为p型掺杂，掺杂水平为1 0 1 7 1 0 2 "cnf3 。
8 .根据权利要求1所述的用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中衬底的刻蚀是氢气 刻蚀，所用刻蚀压力为4 0毫托 1 0 0托，温度为1 1 0 0 1 2 0 0 °C ，氢气流量为5 2 0标准升/分钟，刻蚀时 间为4 6分钟，刻蚀完成后降温至5 0 0 °C以下。
9 .根据权利要求1所述的用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中碳化层的外延生长，其生长压力为4 o毫托 1 o o托，将衬底以5 2 ot:/分钟加热至5 0 0 1 1 0 0""C时通入流量为1 1 O标准毫 升/分钟的丙烷或乙烯，所用生长温度为l 1 0 0 1 2 0 0 。C ，氢气流量为5 2 0标准升/分钟，时间为1 1 0分钟。 1 0 .根据权利要求1所述的用于MEMS器件的大面积3 C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，其中生长3C-SiC薄膜 的生长压力为4 0毫托 1 0 0托，改变丙烷或乙烯的通入速 率为1 8标准毫升/分钟后，衬底温度保持到1 1 0 0 1 3 5 0 °C，通入硅烷，通入速率为0.5 4标准毫升/分钟， 生长结束后关闭硅烷、丙垸，在氢气保护下降温至室温。
全文摘要
本发明一种用于MEMS器件的大面积3C-SiC薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1)取一衬底；2)将衬底外延生长面进行原位氢气刻蚀；3)在低压化学汽相沉积炉中在该衬底刻蚀面上外延生长一炭化层，此炭化层作为衬底和3C-SiC薄膜的过渡层，有利于制备3C-SiC薄膜；4)在炭化层上外延生长一3C-SiC薄膜；5)结束，完成3C-SiC薄膜的制作。
文档编号H01L21/02GK101150055SQ200610126999
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月18日 优先权日2006年9月18日
发明者刘兴昉, 孙国胜, 曾一平, 李家业, 李晋闽, 雷 王, 赵万顺, 赵永梅 申请人:中国科学院半导体研究所