單晶碳化硅薄膜的制造方法及制造設備技術

一種制造單晶碳化硅薄膜的設備，包括適于接受成膜用的ＳＯＩ基材１００的成膜室２００、向成膜室２００提供制造單晶碳化硅薄膜所需的各種氣體Ｇ１－Ｇ４的供氣裝置３００、用于處理供給成膜室２００的作為惰性氣體Ｇ１的氬氣、作為烴基氣體Ｇ２的丙烷氣體、作為載氣Ｇ３的氫氣和氧氣Ｇ４的氣體處理裝置５００和控制成膜室２００溫度的溫控裝置４００。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種單晶碳化硅制造方法以及制造設備?，F有技術由于單晶碳化硅(SiC)不僅具有優良的熱穩定性和化學穩定性，而且機械強度和耐射線輻射性優良，作為用于下一代半導體器件材料的氮化鎵外延生長用的基材以及光發射器件的基材，一直引起人們的注意。對這樣的單晶碳化硅薄膜的制造方法，有使用碳化硅晶種的升華重結晶法、等離子體CVD法等成為主要方法。然而，傳統的升華重結晶法除了必須有高純度碳化硅晶種外還要求在1700℃左右的超高溫過程。而在等離子體CVD法中，要求成膜室在成膜過程中保持高真空。即，兩種方法在成本和時間上都存在相當的問題。而且，這些傳統方法很難滿足制造大直徑的要求。本專利技術考慮上述情況，目的是提供能經濟和方便制造單晶碳化硅薄膜的方法以及制造設備。
技術實現思路
本專利技術的單晶碳化硅薄膜制造方法是，通過在成膜室固定用于成膜的SOI(絕緣體上硅(silicon-on-insulator))基材并將成膜室的溫度升高至1200-1405℃，同時通入氫氣還通入烴基氣體進行化學反應，烴氣體與氫氣的比例保持在1-5％(體積)，將在成膜用的SOI基材表面的硅層轉變為單晶碳化硅薄膜。本專利技術制造單晶碳化硅的設備包括適于接受成膜用的SOI基材的成膜室、向成膜室提供制造單晶碳化硅薄膜所需的各種氣體的供氣裝置、處理供給成膜室氣體的氣體處理裝置、和控制成膜室溫度的溫控裝置。附圖簡述附圖說明圖1是根據本專利技術實施方案的單晶碳化硅薄膜制造設備的示意圖。其中的編號代表下列部件。100 用于成膜的SOI基材200 成膜室300 供氣裝置400 溫控裝置500 氣體處理裝置實施本專利技術的最佳方式圖1是根據本專利技術實施方案制造單晶碳化硅薄膜設備的示意圖。本專利技術制造單晶碳化硅薄膜的設備包括適于接受成膜用的SOI基材100的成膜室200、向成膜室200提供制造單晶碳化硅薄膜所需的各種氣體G1-G4的供氣裝置300、處理供給成膜室200氣體G1-G4的氣體處理裝置500、和控制成膜室200溫度的溫控裝置400。成膜室200由碳化硅構成，在其內部有一基材固定器210，適于固定成膜用的SOI基材?；墓潭ㄆ?10也是由碳化硅構成。作為溫控制裝置400的加熱器設置在成膜室200的周圍。向加熱器提供電能，來控制成膜室200內部的室溫。構成供氣裝置300的部分的供氣管310連接到成膜室200。供氣管310連接到四個氣體鋼瓶320A、320B、320C和320D，構成供氣裝置300的幾個部分。供氣管310配備有切換閥330，以切換供給成膜室200的氣體。氣體鋼瓶320A充入氬氣作為惰性氣體G1，氣體鋼瓶320B充入丙烷氣體作為烴基氣體G2，氣體鋼瓶320C充入氫氣作為載氣G3，而氣體鋼瓶320D充入氧氣G4。構成氣體處理裝置500的一部分的氣體排放管510在上述成膜室200中形成。在氣體排放管510中設置為氣體處理裝置500的結構單元的燃燒器520。排放的氣體由燃燒器520燃燒，因此可安全地進行處理。在供氣管310和排放氣體管510之間安裝上述基材固定器210，使用于成膜的SOI基材100確實暴露在供給成膜室200的氣體中。由這樣方式構造的單晶碳化硅薄膜制造設備來制造單晶碳化硅薄膜的方法如下。即，單晶碳化硅薄膜制造方法是，通過將用于成膜的SOI基材100固定在成膜室200，提高成膜室200的溫度至1270℃，同時通入作為載氣G3的氫氣和作為烴基氣體G2的烴基氣體，G2與G3的比例為1％(體積)，將在上述用于成膜的SOI基材100表面上的硅層轉變為單晶碳化硅薄膜。例如，如果作為載氣G3的氫氣供給量為1000毫升/分鐘，作為烴基氣體G2的丙烷供給量為10毫升/分鐘。作為載氣G3的氫氣和作為烴基氣體G2的丙烷氣體通過上述氣體供應管310通入成膜室200內部，并通過氣體排放管510通入燃燒器520進行燃燒。結果，防止作為載氣G3的氫氣和作為烴基氣體G2的丙烷氣體從成膜室200排出。當成膜室內部室溫提高到1270℃時，而作為烴基氣體G2的丙烷氣體供給成膜室200，在SOI基材100表面上形成極薄和低溫碳化硅緩沖層，直到成膜室200內部室溫達到1270℃。加熱期間形成薄的低溫碳化硅緩沖層之后，成膜室200內部室溫達到1270℃。此時，用于成膜的SOI基材100表面上的硅和通過作為烴基氣體G2的丙烷氣體分解產生的碳反應，形成單晶碳化硅薄膜。通過上述薄的低溫碳化硅緩沖層的生長，可改善了單晶碳化硅薄膜形成之后的用于成膜的SOI基材100的表面粗糙度。如果形成上述單晶碳化硅薄膜的反應進行足夠的時間，用于成膜的SOI基材100表面上的硅層完全轉變為單晶碳化硅薄膜。上述反應是否進行得充分，可根據反應后供給SOI基材100表面的過量碳是否沉積為薄膜(碳薄膜)而確定。此時，通過下面的方法除去用于成膜的SOI基材100表面上沉積的過量碳薄膜。即，上述反應之后，在成膜室200內，作為烴基氣體G2的丙烷氣體和作為載氣G3的氫氣被作為惰性氣體G1的氬氣取代，同時使用于成膜的SOI基材100冷卻。這種情況下，通過切換供氣裝置300的切換閥330，停止向成膜室200供應作為烴基氣體G2的丙烷氣體和作為載氣G3的氫氣，但同時供應作為惰性氣體G1的氬氣。當用于成膜的SOI基材100溫度下降到約650℃時，氧氣G4以預定比例和作為惰性氣體G1的氬氣混合，對碳薄膜進行蝕刻。進行碳薄膜蝕刻期間，用于成膜的SOI基材100溫度保持在約650℃。更具體而言，如果氧氣G4的供給量為100毫升/分鐘，作為惰性氣體G1的氬氣供應量為1000毫升/分鐘。而且在約650℃的加熱時間為幾分鐘至幾小時。保持這樣的條件，在用于成膜的SOI基材100表面上的碳薄膜發生化學反應；；轉變為二氧化碳氣體。二氧化碳氣體通過排放管510從成膜室200排出。一旦完成上述反應，即用于成膜的SOI基材100表面上的碳薄膜化學反應轉變為二氧化碳氣體，就停止供應氧氣G4，在作為惰性氣體G1的氬氣氣氛下進行冷卻。上述冷卻過程中，通過使用氧氣G4進行蝕刻，可以除去在用于成膜的SOI基材100表面上形成的碳薄膜，因此，過量的碳薄膜可在一系列步驟中除去。上述實施方案中，制造的單晶碳化硅薄膜厚度等于在用于成膜的SOI基材100表面上的硅層厚度。因此，通過控制在用于成膜的SOI基材100表面上的硅層厚度，能高精度地獲得任意厚度的單晶碳化硅薄膜。在上述實施方案中，氬氣用作惰性氣體G1，但是可以使用其它惰性氣體。不過從成本考慮，目前氬氣具有最經濟易得的優點。將惰性氣體G1供給成膜室200時，由于在用于成膜的SOI基材100表面上已經形成單晶碳化硅薄膜，不必考慮由于氬氣中包含的雜質產生的凹坑，因此，不要求使用的惰性氣體G1為高成本高純度，結果在大量生產的情況下具有成本優勢。而且，盡管使用丙烷氣體作為烴基氣體G2，可以使用其它烴基氣體如甲烷氣體、乙烯氣體、丁烷氣體等。從成本考慮，目前丙烷氣體具有最經濟易得的優點。與甲烷氣體和乙烯氣體相比，丙烷氣體碳原子含量高，從制造單晶碳化硅薄膜的效率考慮為最好。盡管在通入烴基氣體G2同時調節與作為載氣G3的氫氣的比例為1％(體積)，由于成膜室的內部室溫提高到1270℃，由實驗確定通入的烴基氣體G2與作為載氣G3的比例范圍在1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造單晶碳化硅薄膜的方法，所述方法通過化學反應將用于成膜的ＳＯＩ基材表面上的硅層轉變為單晶碳化硅薄膜來制造單晶碳化硅薄膜，所述的方法包括下列步驟：將所述用于形成薄膜的ＳＯＩ基材固定在成膜室中，增加成膜室內部的室溫至１２００－１４０５℃，同時通入氫氣和烴基氣體，烴基氣體與氫氣的比例保持在１－５％體積。

【技術特征摘要】
JP 2001-6-6 2001-1711261.一種制造單晶碳化硅薄膜的方法，所述方法通過化學反應將用于成膜的SOI基材表面上的硅層轉變為單晶碳化硅薄膜來制造單晶碳化硅薄膜，所述的方法包括下列步驟將所述用于形成薄膜的SOI基材固定在成膜室中，增加成膜室內部的室溫至1200-1405℃，同時通入氫氣和烴基氣體，烴基氣體與氫氣的比例保持在1-5％體積。2.如權利要求1所述的制造單晶碳化硅薄膜的方法，其特征在于所述化學反應在常壓下進行。3.如權利要求1或2所述的制造單晶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：泉勝俊，中尾基，大林義昭，峯啓治，條邊文彥，
申請(專利權)人：大阪府，星電器制造株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]