4H-SiC低壓同質(zhì)外延生長的研究.pdf

1、近些年，SiC大功率器件的研究越來越受到人們的關(guān)注。由于SiC大功率器件是制作在外延層上，所以對SiC器件的性能來說，SiC外延薄膜的質(zhì)量是非常重要的。要制備SiC大功率器件就需要生長出質(zhì)量較高而且厚度達到50μm的SiC薄膜，但是現(xiàn)在較低的薄膜生長速率對生長時間提出了挑戰(zhàn)，因此有必要提高 SiC外延薄膜的生長速率。
　　本文主要研究了4H-SiC低壓同質(zhì)外延生長。通過改變工藝參數(shù)，如生長壓強、源氣體流量和生長時間，研究外延薄膜的

2、生長速率、厚度均勻性、表面缺陷、表面形貌和結(jié)晶質(zhì)量的變化趨勢。主要研究成果如下：
　　第一，當生長氣壓從100 mbar降到40 mbar時，外延層的生長速率基本保持在10μm/h到10.5μm/h之間。生長氣壓的降低會造成外延薄膜中表面缺陷密度的減少，三角型缺陷密度由71.4 cm-2降到13.4 cm-2，胡蘿卜缺陷密度由44.6 cm-2降到17.9 cm-2。主要原因是低壓生長會降低表面自由能，并抑制生長初期的異常成核，從

3、而降低了三角形缺陷和胡蘿卜缺陷密度。在生長氣壓降低的過程中，觀察到樣品的表面粗糙度與表面缺陷呈現(xiàn)出相反的趨勢，表面粗糙度由0.331 nm增加到0.69 nm，這可能與吸附原子表面遷移率的增加或表面自由能的降低有關(guān)。另外，隨著生長氣壓的降低，外延薄膜的結(jié)晶質(zhì)量變好，F(xiàn)WHM值從最大的86.4468 arcsec減小到58.4282 arcsec。
　　第二，生長氣壓為40 mbar，以SiH4流量為單一變量，實驗結(jié)果表明：當SiH

4、4流量從10.5 sccm升高到50 sccm時，外延層的生長速率呈線性增加，最大可達12.5μm/h，而且生長速率未達到飽和。SiH4流量的增加造成了外延層中表面缺陷密度的增大和結(jié)晶質(zhì)量的下降，三角型缺陷密度由4.5 cm-2增加到102.6 cm-2，胡蘿卜缺陷密度由0cm-2增加到75.9cm-2，F(xiàn)WHM值由27.3135 arcsec增加到84.3121 arcsec。這可能是因為生長速率的增大導(dǎo)致異常成核或異常堆積的速率變快

5、。另外，SiH4流量的增加沒有使樣品的表面形貌明顯退化，RMS值保持在0.6 nm左右。
　　第三，生長氣壓為40 mbar，生長時間從1小時增加到4小時，外延層的生長速率均穩(wěn)定保持在10μm/h以上。生長時間在3小時以內(nèi)，結(jié)晶質(zhì)量沒有較大的變化，F(xiàn)WHM值由55.0412 arcsec增加到60.2635 arcsec，但時間為4小時，F(xiàn)WHM值會增加到98.0071 arcsec。隨著生長時間的增加，薄膜表面缺陷的密度呈現(xiàn)增大