Plasmaassisted chemical vapor deposition of β－SiC thin films

Abstract

本實驗以十二甲基環己矽烷作為前驅物，利用熱壁式(hot wall)反應器，氫氣為載 流氣體，矽(111) 晶片為基材，在壓力(20-50mtorr)，溫度(900-1200℃)，13.56 MHz 高週波功率(0-50W) 下生成β-SiC薄膜，並研究沉積參數對SiC 成長的影響。 實驗結果發現：在沒有電漿輔助下，沉積溫度須高於1000℃以上才能得到多晶性的 β-SiC薄膜，在 900℃到1200℃沉積溫度之間，有二種成長反應控制機構存在：在 低溫時（1000℃以下）為表面反應控制機構，在高溫（1000℃以上）則屬質傳擴散 控制機構；而沉積時氣－固表面反應所須活化能為38Kcal/mol。 以氫氣電漿輔助化學氣相沉積時，則於 900℃下沉積即可得到多晶性的β-SiC薄膜 ，沉積時氣固表面反應所須活化能降低到17Kcal/mol左右。同時得知pre-etching 基材的功率愈大所得薄膜樣品愈緻密且附著性愈佳，可能是孕核位置增多的緣故。 隨著沉積溫度上升，晶粒會變大且集團成簇的現象發生，再從電子繞射圖得知，沉 積溫度愈高，所得薄膜樣品中單晶晶粒的比例也會增多。在1000℃以下，β-SiC晶 體成長以(220) 面為優先方面；高於1000℃則容易出現(111) 面的優先成長，除了 成長機構因素外，薄膜內游離矽(free silicon)或雜質存在也會影響優選方向。 經由AES,SIMS分析得知我們已成功地以PMePh□ 為磷原子來源將磷原子攙入β-SiC 薄膜內，並使（Ｎ型－碳化矽╱Ｐ型－矽）異質接面更接近一理想的二極體。