[发明专利]电容耦合等离子体装置及在硅衬底上生长碳化硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体硅片加工装置及加工工艺，尤其涉及一种电容耦合等离子体装置及在硅衬底上生长碳化硅薄膜的方法。

背景技术

SiC(碳化硅)具有独特的物理性质和电学性质，是实现高温与高功率、高频、抗辐射相结合的理想器件。目前，碳化硅半导体工业发展的主要瓶颈在于原料价格昂贵，而单晶硅的价格低廉。目前，大多利用低压CVD(化学气相沉积)技术生长碳化硅薄膜，在单晶硅上淀积所需要的碳化硅薄膜。这样可以用单晶硅等价格低廉的材料代替碳化硅，既可以发挥碳化硅材料本身的优势，又可以降低材料的成本。

现有技术中，CVD技术生长的碳化硅薄膜均匀性差，不利于大面积生长碳化硅薄膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容耦合等离子体装置及在硅衬底上生长碳化硅薄膜的方法，该装置及方法生长的碳化硅薄膜均匀性好，有利于大面积生长碳化硅薄膜。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的电容耦合等离子体装置，包括反应腔室，所述的反应腔室内设有上电极、下电极，所述的上电极和下电极之间设有热丝加热装置。

本发明在硅衬底上生长碳化硅薄膜的方法，在上述的电容耦合等离子体装置的反应腔室内，通过上电极和下电极之间的射频电离工艺气体产生等离子体，在硅衬底上进行化学气相沉积，并通过热丝加热装置对工艺气体进行辅助分解及对硅衬底进行加热。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的电容耦合等离子体装置及在硅衬底上生长碳化硅薄膜的方法，由于上电极和下电极之间设有热丝加热装置，可通过热丝加热装置对工艺气体进行辅助分解及对硅衬底进行加热，使得硅衬底表面附近被分解的碳原子能有效的进入sp3状态，从而形成β-SiC结构，生长的碳化硅薄膜均匀性好，有利于大面积生长碳化硅薄膜。

附图说明

图1为本发明电容耦合等离子体装置结构示意图；

图2为本发明在硅衬底上生长碳化硅薄膜的方法生长的碳化硅薄膜的谱图。

具体实施方式

本发明的电容耦合等离子体装置，其较佳的具体实施方式是，如图1所示，包括反应腔室，反应腔室内设有射频(RF)的上电极、下电极，所述的上电极和下电极之间设有热丝加热装置。所述的热丝加热装置包括钨丝，可以将钨丝绕在多根氮化硼棒上，并排布置成钨丝阵列。

一个具体实施例：

将用于淀积Si3N4的电容耦合等离子体装置的气体反应腔底座和上盖用不锈钢制成，直径为φ280mm，高为50mm左右；圆形的上、下极板也用不锈钢制成，直径为φ240mm，厚5mm左右；上、下极板间距约为20mm，其间加入热丝阵列，将钨丝(φ0.31mm)加工成弹簧状(类似于电炉丝)并绕在氮化硼(BN)棒上，再将氮化硼棒固定于支架上，支架为不锈钢材料，固定于反应腔室底座上。

应用时，钨丝可以采用低压大电流加热，可以增加钨丝的寿命、避免与RF上下极板间的放电问题。RF的频率为13.56MHz，采用热丝辐射加热对硅衬底进行加热，或者采用热丝辐射加热和RF腔外部底座电炉共同对硅衬底进行加热。

本发明的在硅衬底上生长碳化硅薄膜的方法，其较佳的具体实施方式是，在上述的电容耦合等离子体装置的反应腔室内，通过上电极和下电极之间的射频电离工艺气体产生等离子体，在硅衬底上进行化学气相沉积，并通过热丝加热装置对工艺气体进行辅助分解及对硅衬底进行加热。包括

正常生长阶段：首先，将所述热丝加热装置中绕有钨丝的氮化硼棒在真空状态下加热至2000-2400℃，可以是2000、2200、2400℃，并保持1-2小时；然后，通入工艺气体，工艺气体包括CH₄。通过射频与热丝共同电离所述工艺气体产生等离子体，在硅衬底上进行化学气相沉积。

在正常生长阶段之前还可以包括热丝成核阶段：将所述钨丝在真空状态下加热至1800-2100℃，可以是1800、2000、2100℃，然后，通入工艺气体，通过热丝或热丝与射频共同电离所述工艺气体产生等离子体，在硅衬底上进行成核生长，保持25-35分钟，可以是25、30、35分钟。

在硅衬底上生长碳化硅薄膜之前，首先通过氢等离子体轰击硅衬底25-35分钟，可以是25、30、35分钟。氢等离子体可以通过射频和热丝共同对H₂气体作用产生。

在生长碳化硅薄膜的过程中，所述反应腔室内工艺气体的压力为1300-6500Pa。

在生长碳化硅薄膜的过程中，所述硅衬底的温度为650-750℃。