多晶SiC多孔硅结构材料的APCVD生长及表征

量进行了测量分析．
６
２结果与讨论 ５
图３所示为不同孑Ｌ隙率多孔硅衬底上生长薄膜的 ４
赫
蠢， ＸＲＤ谱．孔隙率很低时（１５％）（见图２（ａ）），相当于在Ｓｉ
（１００）衬底上直接进行ＳｉＣ薄膜生长，Ｓｉ与ＳｉＣ之间大量 翻２ 的晶格失配不利于ＳｉＣ成核生长［１引，此时得到的是多晶
Ｉ
硅的同相淀积，谱中Ｓｉ（１１１）峰和Ｓｉ（３１１）峰对应的衍射
样品编号多孔硅孔隙率／％样品折射率
３＃
５３％
２．６４
４＃
６５％
２．７３
薄膜厚度／ｎｍ ５２７．８ ３３１．６
３结束语
通过多孔硅的制备以缓解ＳｉＣ与Ｓｉ衬底间存在的晶格失配是提高Ｓｉ基外延生长ＳｉＣ薄膜质量的一种
有效途径。多孔硅孔隙率太低（如１５ ｏＡ）时，只能得到含有少量ＳｉＣ（儿１）晶粒的多晶硅薄膜，随着多孔硅孔隙
图１ 双槽电化学腐蚀装置示意图
（ａ）扎骤举１５％
（ｂ）孔隙率６５％
图２不同孔隙率的多孔硅表面形貌
１ ２００℃，生长时间均为３０ ｍｉｎ．
为了研究多孔硅制作工艺对ＡＰＣＶＤ生长ＳｉＣ薄膜的影响，针对不同孔隙率的多孔硅衬底上生长的 ＳｉＣ薄膜样品，采用椭偏法测量了薄膜折射率，并通过扫描电镜（ＳＥＭ），Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）等方法对薄膜质
ＳｉＣ岛的孤立生长，同时伴随着Ｓｉ的同相淀积，因此生长薄膜的折射率较大．随着衬底孔隙率的增加，ＳｉＣ成
核密度增加，得到的是ＳｉＣ的多孑Ｌ结构，这种结构对Ｃ原子有较强的吸附作用¨。，生长过程中结合了大量富
余的Ｃ原子，因此薄膜折射率急剧下降（图４（ｂ）），此时可以获得最大的薄膜生长速率．ＳｉＣ生长膜致密度进
一步增加时，Ｃ原子的吸附效应减弱，薄膜折射率随之上升．最终，多孑Ｌ硅孑Ｌ隙率达到一定程度后，ＳｉＣ岛密
集生长，并连成一片，得到如图４（ｄ）所示的多晶ＳｉＣ薄膜的逐层生长．
表１ 不同衬底孔隙率对应生长样品的表面折射率和薄膜厚度
样品编号多孔硅孔隙率／％样品折射率
１＃
１５
２．９８
２＃
３７
２．４７
薄膜厚度／ｎｍ ２９３．７ ７６５．９
ＫＯＨ腐蚀液释放掉中间的多孔硅层，就可以得到局部悬空的多晶ＳｉＣ结构，这可为进一步开发研制ＳｉＣ
ＭＥＭＳ器件提供一种思路．
（下转第３３０页）
万方数据
３３０
西安电子科技大学学报（自然科学版）
第３６卷
［１０３ Ｉｓｅｒｓ Ａ Ｂ，Ｐｕｚｅｎｋｏ Ａ Ａ，Ｆｕｋｓ Ｉ Ｍ．Ｔｈｅ Ｌｏｃａｌ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ Ｓｕｒｆａｃｅ ｗｉｔｈ Ｓｍａｌｌ Ｓｌｏｐｅ Ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｊ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎ Ｗａｖｅ Ａｐｐｌ，１９９１（５）：１４１９～１４３５．
由于ＳｉＣ相比于传统的半导体材料Ｓｉ和ＧａＡｓ具有一系列优越的物理、化学和电学特性［１’２］，作为一种 极端应用领域电子器件的替补材料，近年来受到了人们越来越多的重视．采用化学气相淀积（ＣＶＤ）工艺在 Ｓｉ衬底上生长ＳｉＣ薄膜，如何选择适当的缓冲层生长技术以缓解ＳｉＣ与Ｓｉ衬底之间大量的晶格失配和热失 配是提高ＳｉＣ外延层晶体质量的关键，一些研究者通过不同的方法对碳化缓冲层生长条件对外延层结晶质 量的影响以及界面残余应力进行了深入的研究∞。Ｊ，而Ｋｅｅ等人［８１则通过Ｓｉ表面先形成氮化缓冲层的方法 制备了低应力ＳｉＣ／ＳｉＮｘ／Ｓｉ结构，并在ＭＥＭＳ器件研制中获得了初步的应用［９］．作为一种新的尝试，笔者先 通过电化学腐蚀的方法在ｓｉ衬底表面形成一层多孔硅结构作为缓冲层，然后进行多晶ＳｉＣ薄膜的常压化学 气相淀积（ＡＰＣＶＤ）生长，研究了多孔硅制作条件对ＳｉＣ外延层质量的影响，并对其微观机制进行了讨论．
万方数据
３００
西安电子科技大学学报（自然科学版）
ห้องสมุดไป่ตู้
第３６卷
‘ｃ）５３％
（ｄ）６５％
图４不同孔隙率多孔硅衬底上生长ＳｉＣ薄膜的表面形貌
图４给出了不同孔隙率多孔硅衬底上生长样品表面形貌的ＳＥＭ照片，椭偏仪测量得到的样品表面折
射率与薄膜厚度（第二周期）列于表１．孔隙率很低时（图４（ａ）），多孑Ｌ硅表面孑Ｌ隙分布稀疏，得到的是一些
［１４３ Ｚｈｕｃｋ Ｎ Ｐ．Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ＥＭ Ｗａｖｅｓ ｆｒｏｍ ａ Ｓｌｉｇｈｔｌｙ Ｒｏｕｇｈ Ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ａ Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｐｌａｎｅ－ｌａｙｅｒｅｄ Ｈａｌｆ Ｓｐａｃｅ ［Ｊ１．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐ，１９９７（４５）：１７７４—１７８２．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｌｌ‘－Ｃ３ Ｈ８一Ｈ２ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｇａｓ ｓｙｓｔｅｍ，ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ ３Ｃ—ＳｉＣ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｇｒｏｗｎ ｏｎ Ｓｉ （１００）ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｂｕｆｆｅｒｓ ｖｉａ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ （ＡＰＣＶＤ）ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｎ ｆｉｌｍｓ’ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａ ｐｏｌｙｓｉｌｃｏｎ ｆｉｌｍ ｗｉｔｈ ＳｉＣ（１ １ １）ｇｒａｉｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌｏｗ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｇｒｏｗｎ ｆｉｌｍｓ ｃｈａｎｇｅ ｆｒｏｍ ｐｏｒｏｕｓ ＳｉＣ ｔｏ ｐｏｌｙ ＳｉＣ ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ ａ ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ＜１ １１＞ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ ＳｉＣ ｆｉｌｍｓ；ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉ；ＡＰＣＶＤ；ｇｒｏｗｔｈ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ
摘要：采用Ｓｉｌｌ。－Ｃ。Ｈｓ—Ｈｚ气体反应体系，通过常压化学气相淀积（ＡＰＣＶＤ）工艺在电化学腐蚀的多孔 硅村底上进行了多晶３Ｃ－ＳｉＣ薄膜的生长，研究了多孔硅孔隙率对薄膜生长质量的影响．实验结果表明， 当多孔硅孔隙率较低时，得到的是含有ＳｉＣ（１１１）晶粒的多晶硅薄膜，随着孔隙率的增加，生长薄膜由富
率的增加（３７％～５３％），得到的是多孑Ｌ ＳｉＣ结构，对外界杂质具有较强的吸附作用，当孑Ｌ隙率增加到一定数
值（６５％）时，衬底与ＳｉＣ生长膜之间的失配应力显著减小，最终可以获得平整致密的＜１１１＞择优生长的多
晶ＳｉＣ薄膜．通过这种方法制备的ＳｉＣ／多孑Ｌ硅／ｓｉ结构材料，如果经过图形制作和ＳｉＣ材料刻蚀，并利用
２０／（‘）
图３不同孔隙率多孔硅村底上 生长ＳｉＣ薄膜的ＸＲＤ谱
多晶结构，与Ｓｉ（１００）衬底间不属于严格的外延关系，另外谱中２８．５０－－－３５．Ｏ。区间出现的一些吸收峰在ＸＲＤ 标准库中没有找到对应的结构，可能是由于ＸＲＤ测量过程中样品表面吸附的某些异类杂质所致．当衬底孔 隙率达到一定数值（６５％）时，ＳｉＣ生长膜与衬底之间的应力得以有效释放，得到了均匀致密的多晶ＳｉＣ薄 膜，同时可以抑制其他杂质的吸附效应，此时ＳＩＣ（２００）峰强度减弱，ＳｉＣ（１１１）峰强度增加，表明ＳｉＣ薄膜沿 ｄｉｌｌ：＞晶向择优生长的特点更加明显．
收稿日期：２００８—０１—０９ 基金项目：国家部委预研项目资助（５１３０８０３０２０１） 作者简介：贾护军（１９７２一），男，副教授，西安电子科技大学博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｊｊｉａ（萤ｍａｉｌ．ｘｉｄｉａｎ．ｅｄｕ．ｃ１１．
万方数据
第２期
贾护军等：多晶ｓｉｃ／多孔硅结构材料的ＡＰＣＶＤ生长及表征
［１３３ Ｓｕｌｔａｎ—Ｓａｌｅｍ Ａ Ｋ，Ｔｙｌｅｒ Ｇ Ｌ．Ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｆｒｏｍ Ｆｒａｃｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ｏｎ Ｇｅｏｓｃｉ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ，２００４，４２（９）：１８６０—１８７０．
Ｅ１５３ Ｋｉｍ Ｙ，Ｊａｇｇａｒｄ Ｄ Ｌ．Ｂａｎｄ—ｌｉｍｉｔｅｄ Ｆｒａｃｔａｌ Ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｉｔｙ Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ Ｏｐｔ Ｓｏｃ Ａｍ，１９８８，Ａ５
Ｊ ＩＡ Ｈｕ－ｊｕｎ，ＹＡＮＧ Ｙｉｎ—ｔａｎｇ，Ｌｌ Ｙｕｅ－ｊｉｎ （Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｏｆ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ－Ｇａｐ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖ．，Ｘｉ’ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）
碳多孔ＳｉＣ向多晶ＳｉＣ薄膜过渡，表面平整度增加，并具有＜１１１＞晶向择优生长的特点．
关键词：多晶碳化硅薄膜；多孔硅；常压化学气相淀积；生长；表征
中图分类号ｉ０４８４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—２４００（２００９）０２—０２９８—０３
Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ ＳｉＣ ｆｉｌｍｓ ｏｎ ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｖｉａ ＡＰＣＶＤ ｐｒｏｃｅｓｓ
２９９
于１５％＂－＇６５％之间的系列多孔硅衬底，其中多孔硅孔隙率是 根据腐蚀前后Ｓｉ片的质量差与腐蚀面积计算得到的，孔隙率 分别为１５％和６５％的多孔硅表面形貌如图２所示，剖面ＳＥＭ 测量表明，所得到的多孔硅厚度介于１３０～４６０ ｎｍ之间．