[发明专利]一种碳化硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及碳化硅薄膜制备技术领域，具体涉及一种用原子层沉积设备制备碳化硅薄膜的方法。

背景技术

阿奇逊在1891 年发现SiC 材料以来，SiC已成为人们广为利用的非氧化物陶瓷材料。它有许多特性，如硬度高、耐磨削、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、高热导率、高化学稳定性、宽带隙以及高电子迁移率等，被作为磨料、耐火材料、电热元件、黑色有色金属冶炼等应用的原料。其常见晶体结构有六方和立方体两种结构，把它用做衬底可以较好地解决器件的散热问题，因此在半导体照明技术领域占有着重要的地位。其次，在近期的研究热门石墨烯中，热处理SiC衬底是一种制备石墨烯的方法，这一发现又促使了碳化硅材料的运用。目前制备碳化硅的方法主要是还原SiO₂的方法，碳氢化合物和硅的氯化物的合成可以得到较高纯物质，在蓝宝石衬底上外延生长SiC也是在研究的方法。但是，目前的方法都面临着生产成本较高的难题，SiC衬底的价格都居高不下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅薄膜的制备方法，所述方法制备出的碳化硅薄膜薄膜具有完整的晶格。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种碳化硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：

将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；

向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳物质，所述含碳物质与所述硅衬底表面发生碳化学吸附，使得所述含碳物质中的碳原子吸附在所述硅衬底表面；

向所述原子层沉积设备反应腔中通入含硅物质，所述含硅物质与所述硅衬底表面发生卤代反应，所述含硅物质中的硅原子与所述硅衬底表面的碳原子形成碳硅键，待反应完全后，所述硅衬底表面即生成碳化硅薄膜结构。

上述方案中，所述将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中的步骤之前还包括：所述硅衬底的表面经过标准液和氢氟酸处理，所述硅衬底处理后的表面含有硅氢键。

上述方案中，所述含碳物质为四氯化碳。

上述方案中，所述四氯化碳的流速为10sccm-400sccm，进气时间为0.5s-1s。

上述方案中，所述含硅物质为硅烷。

上述方案中，所述硅烷的流速为10sccm-100sccm，时间为0.5s-1s。

上述方案中，所述在向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳物质或含硅物质的步骤之前还包括：向原子层沉积设备反应腔通入氩气或氮气。

与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：

本发明使用原子层沉积设备，利用衬底的晶格结构对生长的影响，使得长出的碳化硅薄膜结构具有完整的晶格，同时也使得在硅基上生长的薄膜的结构性能得到提高。

附图说明

图1为本发明实施例中硅衬底表面经过处理的形成Si-H键的示意图；

图2为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入四氯化碳并与硅衬底发生反应的示意图；

图3为本发明实施例中硅衬底表面完全被碳吸附后的示意图；

图4为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入硅烷并于硅衬底表面碳原子发生反应的示意图；

图5为本发明实施例中硅衬底表面碳原子反应完全后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。

本实施例提供一种碳化硅薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤101，通过标准液和氢氟酸处理单晶硅（111）衬底的表面，在硅衬底表面形成硅氢键，如图1所示，其中，标准液是指：1号液，浓硫酸:双氧水=4:1；2号液，氨水:纯净水:双氧水=1:5:1；3号液，盐酸:双氧水:纯净水=1:1:6；

步骤102，向原子层沉积设备反应腔中通入氮气30秒，对反应腔进行清洗；

步骤103，开启设备，调整工作参数，达到实验所需工作环境；向原子层沉积设备反应腔中通入四氯化碳CCl₄，四氯化碳是以饱和蒸发的方式通过载气进入到反应腔中，载气流量为30sccm，时间为0.5s，四氯化碳中的碳原子与硅衬底表面发生化学反应，碳原子吸附在硅衬底表面，如图2所示，反应式为：                                               ；反应时间为5s，反应完全后的结果如图3所示；

步骤104，向原子层沉积设备反应腔中通入氮气30秒，对反应腔进行清洗；