偏晶向(0001)Si-面衬底上4H-SiC的LPCVD外延生长重点

1、第* 卷增刊*+.年月半!导!体!学!报#8Q!%!M_eQ$?_A%!=#_QNe#_%aD2* !%D9196CGG$MD9H;原子层CLGGL和#原子层组成的双原子层按照不同的序列堆垛而成 $最常见的几种%;#多晶型体是立方密排的六方密排的它们的禁带0#J%;# 8J%;# 和（8;#$宽度分别为*b0W$0b+0和Ob* 9a2%器件的制造主要采用 冥中8J%;# 和（8J%;#同质外延材料$较小的各向异性$更（8J%;#具有最高的体迁移率适合于功 率偏晶向衬底上%;#器件的制作2;#的*+外延生长是由二并建5CHV651;等人，首先提出的$立了，台阶控制外延生长-模型 $这一生长技术

2、是!实验偏晶向衬底上（8J%;#的同质外延生长是在自制的高温 衬底材料是;#?#+,%;J0,-.$为.m,面积为,#+E1+11m,+11$+,%;J面单面抛光2衬底的处理程序是）依次在三氯乙烯丙酮无水乙醇中沸煮，用去离子 水清洗$+,.1;6并煮沸，在8*%+1;62_&_0 的溶液中（800在装入加热,+1;6$*+1;6后放入去离子水中清洗$反应室之前$用./的8A溶液除去表面的氧化层2反应气体为最佳流量分别为#；8（$*8（和8*$型掺杂采用Q80气体$+b.$+b.，和0+HEE126J流量为+生长温度控制在,b+,+b, HEE1$.+h$00$在生长过程中压力维持在*b）m,+

3、b0m,+&5.其主要特点是外延层继承%;#最常用的外延方法$了衬底的晶型2因此$外延层与衬底具有完全相同的晶体结构 $这有利于外延层材 料的晶型控制2我们已报道了 8J%和（8J%;#衬底上%;#+*$0的同质外延生长*本文主要报道有关？光学显微镜力显微镜#射线衍射#$a=%AN%5156散射低温光致发光# ?&?%=嚇方法研究了结构特性光学 特性（8J%;#外延材料的表面形貌以及故意掺杂控制等2法在偏晶向（8J%;#衬底上进行同质外延生长的表面形貌控制技术2*+（J,+J,收到$*+（J,J*（定稿+.中国电子学会*半!导!体!学!报第*，卷的增加而线性增大$说明%;原子或原子团是支配生（

4、!结果与讨论（2!偏晶向外延生长对于（表面形成了 *8J%;#偏晶向衬底$+,+方向的平台和*方向的台阶$如图，所示2 根据+,*+偏晶向衬底上台阶控制生长-模型$如果原;#的，子在表面上的迁移长度 大于平台长度$或者生长表长速率的关键因素 2%;的出现表明生长气氛中出现了过 剩的如;2%;滴并不是出现在整个外延片上$般出现在气流的下游边缘附近 2这 个结果果出现$可以作如下解释$当反应气体到达衬底的上游边缘.时$气相中的#由于;原子比率 是已设计的数值$所以两者在高温下的;8（$#*8（的裂解温度低于% 裂解比例随着反应气体在样品表面上的流动距离而发生变化$如果事先设计的反应气体中#.%;原

5、子比面的台阶密度足够高$在平台上很少发生二维成核$晶体生长 大多发生在台阶拐点处#如图，中黑圆点所示$箭头所指方向为（8J%;#台阶流动方 向2此时（8J%;#外延层继承了衬底的原子堆垛序列$因此与衬底具有完全相同的结 构特征反应原子打台阶或拐点处发生键合4H-SiC衬底,*+0方向的（8J%;#+,%;面衬底上台阶结构与,台阶控制生长-A;72,!%E4915C;EI;57F51HC9GE6;76H6JF;96C9I（8J%;#+, %;5E9CR5FIH/,*+0H6CFDD9l9G;C5KL-实验发现气相中#.%;原子比率对（8J%;#的表面形貌有比较大的影响$为此$在#.%; 比率为，

6、的范围内研究了表面形貌对#.%;比率的依赖关系2结果表明$当#.%;原子比为,b+*b+时$整个（8J%;#外延片表面光亮$除了有几个明显的缺陷之外$没有其他特征$A=测试 表明$在该条件下外延生长的（8J%;#的表面粗糙度#=%为b.W61$ 并且随着外延膜厚度的增加$材料表面的=%减小$当外延生长时间达到，.4时$表面 粗糙度降低到+b00612#!6J滴在一定的生长条件下$在原生长的（8J%;#表面上观察到了 %;滴$图*给出了有%;滴的（8J%;#外延材料的Q15FHT;光学显微图像2在优化#.%;比率#,b+*b+%下$生长的（8J%;#表面没有%;滴$表面质量高2实验表明%;#的生

7、长速率随%;8（流量率不合适$当混合气体到达样品的下游边缘时$可能会出现严重的富;现象$这说 明了%;滴出现的条件2另一方面$由于;的晶格常数大于%;#$因而$当出现上述条 件时$%;原子发生聚集而形成%;滴+（增刊王!雷等）面衬底上（+,%;J8J%;#的？#+,%;J面衬底上进行了(8J%;#的同质外延生长$研究了表面形貌与工艺 参数的关系$获得了制备高质量(8J%;#外延材料的最佳工艺参数$探讨了(8J%;#外 延膜的表面形貌及缺陷形成原因$实验表明5156散射测试技术是无损伤研究(8J;# 外延材料质量的最佳检测技术2参考文献*,+!0;1C$Q;H4;68$SU%$9C5D2XFRC

8、419E456;H18J%#;6HC9GJE6CFDD9I9G;C5KL2M$GGD&4LH$,WW0$)0#*%)*%,半!导!体!学!报第* 卷*+;M=$%19;C5K;5D7FRC456l!?G %l9P;E9E45F5EC9F;HC;EH%;#6%;J5E9#+,8J%;#2M#FHCL $.*+,$*)*-)- , XFRC4*$0+6XH496X5A;6$34566K;69C5D2819;C5K;J!%77S77G5D7FRC456I E45F5EC9F;B5C;6(8J%;#9;D59FHcRJGLLDF9HHCJR5DDE491;E5DP 5FI9H;C;62#4;69H9M

9、vF65DGGG$#%)*+($*.,*,.(W%91;E6lFH%9$&v.5=C=BJERXJRQK=TEH=D/OOW%XJL6JW:RPB)5W6 J& #444!6MLEK REBLA$%$X$3$3$3$5U569;H4965A;645U56H46K;696;66l?;M;61;67?77 S777SG73/I,+/(,/#F:W/C8/I+,:(31,2:PK 2/P+ CG J:P 2:P(N2+212/:/l+,:(31,2:PN$5&+(/N/FRJ$9/+(+-0$5&+( %L$.8L:.87)!, )#%MLEKRPE491;E5DP5FI9H;C;6#aN%;HC49GF;15F9E46;FC497FR C4%;#15C9F;5DH5cF;E5C91;EFJGGLC: $4:9D9ECF6;EI9P;E9H26FI9FCcC5;64;19;C5K;5DF RC4;HG9FF19I6-iJ5K;HCR5FI/,7L(GLG7 0%$*+(8J%;#+,%;J5E9IHcHCF5C9HHC9JE6CFDD9I9; C5K;5D7FRC42%;6E9HF4D;H56;1J7L75GGG $FC56CG5F519C9FI9C9F1;6;65C9F;5D6c9CR996HF4D6I7FRC4G5F519C9FH5HR9DD5HC497L5