專利名稱：一種制備鋁/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙層復(fù)合薄膜的制備方法，尤其涉及制備鋁/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜的方法。
背景技術(shù)：
多晶碳化硅薄膜材料同時具有單晶碳化硅材料的高遷移率及非晶碳化硅材料可大面積、低成本的優(yōu)點。因此，對于多晶碳化硅薄膜材料的研究越來越引起人們的關(guān)注。多晶碳化硅薄膜材料具有高的遷移率，最大可接近單晶碳化硅材料的遷移率，因此在一些半導(dǎo)體器件方面得到廣泛的應(yīng)用。如場效應(yīng)管的柵極、二極管的發(fā)射極、電荷耦合器件的電極等。固相晶化法制備多晶碳化硅具有工藝簡單，易操作的優(yōu)點，但由于退火溫度通常在1000℃以上，因此對于基板的選擇受到了一定的限制，同時也存在退火時間長的缺點；激光晶化方法的缺點是設(shè)備復(fù)雜，且成本較高，在商業(yè)應(yīng)用方面受到一定的限制。
近年來，金屬誘導(dǎo)非晶半導(dǎo)體晶化的方法越來越受到人們的關(guān)注，該方法即通過對制備Al、Au、Ag、Ni、Sb等金屬與非晶態(tài)半導(dǎo)體的復(fù)合薄膜并使其在低溫下退火處理，在金屬的誘導(dǎo)作用下使非晶態(tài)半導(dǎo)體在較低溫度下晶化。Nathan和Aheam采用電子束蒸發(fā)法在Formvar包裹的鉬電鏡柵格上制備了a-SiC:H/Al/a-SiC:H三層復(fù)合薄膜，并對其進(jìn)行了熱處理，在低于600℃的退火溫度下出現(xiàn)Si的不規(guī)則碎片形晶相。由于電子束能量高，采用電子束蒸發(fā)法沉積的薄膜質(zhì)量較好，但制備硅碳膜層需選用SiC晶體作為原材料，價格昂貴，且成分不易控制。Bian Bo等人在NaCl基板上沉積了Al/a-SiC:H雙層復(fù)合薄膜，Al膜是采用真空熱蒸發(fā)法沉積的，之后在不破壞真空的條件下采用傳統(tǒng)的電容耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(CCP-CVD)在Al膜上沉積了一層a-SiC:H膜，在350℃的退火溫度下出現(xiàn)Si的結(jié)晶及少量晶態(tài)SiC相。采用傳統(tǒng)的CCP-CVD方法沉積硅碳薄膜，可選用常見的硅烷和甲烷作為氣源，但薄膜結(jié)構(gòu)有序性和薄膜質(zhì)量都有待進(jìn)一步提高。
如何尋求一種既能降低成本，又能沉積更高質(zhì)量薄膜的方法呢。由于電感耦合等離子體化學(xué)氣相沉積法產(chǎn)生的等離子體(ICP)密度高，能量高，具備了對氣體源的高解離率以及與一般等離子體化學(xué)氣相沉積法(CCP-CVD)相比具有較低沉積壓力的特點，因此沉積的薄膜質(zhì)量較好，有序程度較高。利用這種等離子沉積方法制備Al/a-SiC:H雙層復(fù)合薄膜，在Al誘導(dǎo)下非晶硅碳薄膜析晶性能會有很好的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種單反應(yīng)室雙沉積法沉積制備鋁/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜的方法。
本發(fā)明的制備Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜的方法，步驟如下將基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，將Al粉置于鉬舟中放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至3×10-2～2×10-3Pa，加熱基板，使基板溫度為150～300℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至體積濃度為5～20％的SiH4和體積濃度為10～40％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比范圍為0～1，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量15～50sccm引入真空反應(yīng)室中，在2～10Pa壓力，射頻功率50W～300W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下于400～600℃溫度退火至少10分鐘。
本發(fā)明中，所說的基板可以選用普通玻片、石英玻璃或Si片。
沉積在基板上的Al膜的厚度由Al粉的量來控制，氫化非晶硅碳合金薄膜的厚度，由生長的時間來決定。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用單反應(yīng)室雙沉積法制備Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜，工藝簡單，選用硅烷和甲烷作為反應(yīng)氣源，而無需采用昂貴的SiC晶體作為原料，且成分可以通過設(shè)定氣體比例來控制；選用普通玻片、石英玻璃或Si片作為基板，可滿足各種需求；采用射頻電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積法制備的氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)有序程度較高，薄膜質(zhì)量較好，在Al的誘導(dǎo)下有利于非晶硅碳薄膜結(jié)晶性能提高。


圖1是本發(fā)明的單反應(yīng)室雙沉積法裝置示意圖；圖2是實施例1的Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜的高分辨電鏡照片；圖3是實施例2的Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜退火后的透射電鏡照片、對應(yīng)的電子衍射圖及相應(yīng)的能譜圖；圖4是實施例3的Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜退火后的拉曼譜圖；圖5是實施例5的Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜退火后的XRD圖；
圖6是實施例6的Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜退火前的電鏡照片；圖7是實施例7的Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜退火后的電鏡照片。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，實施例中所說的濃度均為體積濃度。
本發(fā)明方法采用的熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室如圖1所示，圖中1為反應(yīng)室，2為蒸發(fā)鉬舟，3為蒸發(fā)電極，4為基板，5為加熱裝置，6為氣源入口，7為射頻發(fā)生器，8為感應(yīng)線圈，9為抽氣口。
實施例1將玻璃基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，100mg的Al粉置于鉬舟中夾放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至2×10-2Pa，加熱基板，使基板溫度為250℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至濃度為10％的SiH4和濃度為40％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比為0.5，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量20sccm引入真空反應(yīng)室中，在2.5Pa壓力，射頻功率200W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，沉積100分鐘，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下進(jìn)行退火，退火溫度600℃，退火時間2小時。制得的樣品的高分辨電鏡照片見圖2，可以觀察到清晰的晶格條紋，表明薄膜中形成了晶相。
實施例2將玻璃基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，200mg的Al粉置于鉬舟中夾放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至3×10-2Pa，加熱基板，使基板溫度為150℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至濃度為20％的SiH4和濃度為20％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比為0.13，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量40sccm引入真空反應(yīng)室中，在7Pa壓力，射頻功率100W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，沉積120分鐘，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下進(jìn)行退火，退火溫度550℃，退火時間0.5小時。該樣品的透射電鏡照片、對應(yīng)的電子衍射圖及相應(yīng)的能譜見圖3。由電子衍射斑點可知在Al的誘導(dǎo)下薄膜相成晶相。
實施例3將石英基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，50mg的Al粉置于鉬舟中夾放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至9×10-3Pa，加熱基板，使基板溫度為200℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至濃度為15％的SiH4和濃度為40％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比為0.4，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量25sccm引入真空反應(yīng)室中，在3Pa壓力，射頻功率200W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，沉積180分鐘，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下進(jìn)行退火，退火溫度600℃，退火時間6小時。制得的樣品的Raman譜圖見圖4，可以觀察到位于521cm-1尖銳的峰，表明薄膜中形成了Si晶相，800～1000cm-1對應(yīng)于SiC的峰。
實施例4將Si基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，500mg的Al粉置于鉬舟中夾放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至7×10-3Pa，加熱基板，使基板溫度為250℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至濃度為5％的SiH4和濃度為10％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比為0，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量15sccm引入真空反應(yīng)室中，在2Pa壓力，射頻功率50W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，沉積90分鐘，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下進(jìn)行退火，退火溫度400℃，退火時間10分鐘。在Al的誘導(dǎo)下薄膜出現(xiàn)晶相。
實施例5將玻璃基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，250mg的Al粉置于鉬舟中夾放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至5×10-3Pa，加熱基板，使基板溫度為300℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至濃度為10％的SiH4和濃度為10％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比為0.5，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量20sccm引入真空反應(yīng)室中，在2.5Pa壓力，射頻功率250W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，沉積100分鐘，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下進(jìn)行退火，退火溫度600℃，退火時間2小時。制得的樣品的XRD譜圖見圖5，可以在28.4°觀察到一個尖銳的峰，對應(yīng)Si(100)晶面，表明薄膜中形成了Si晶相。
實施例6將玻璃基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，100mg的Al粉置于鉬舟中夾放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至2×10-3Pa，加熱基板，使基板溫度為250℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至濃度為10％的SiH4和濃度為40％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比為0.75，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量35sccm引入真空反應(yīng)室中，在5Pa壓力，射頻功率200W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，沉積120分鐘，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下進(jìn)行退火，退火溫度550℃，退火時間5小時。在Al的誘導(dǎo)下薄膜出現(xiàn)晶相。制得的樣品退火前的斷面掃描電鏡照片見圖6，可以觀察到明顯的雙層結(jié)構(gòu)。
實施例7將玻璃基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，150mg的Al粉置于鉬舟中夾放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至6×10-3Pa，加熱基板，使基板溫度為200℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至濃度為5％的SiH4和濃度為30％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比為0.55，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量30sccm引入真空反應(yīng)室中，在4Pa壓力，射頻功率250W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，沉積100分鐘，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下進(jìn)行退火，退火溫度600℃，退火時間4小時。在Al的誘導(dǎo)下薄膜出現(xiàn)晶相。制得的樣品的斷面掃描電鏡照片見圖7，退火后Al發(fā)生擴散，雙層結(jié)構(gòu)變得不明顯。
實施例8將玻璃基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，400mg的Al粉置于鉬舟中夾放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至5×10-3Pa，加熱基板，使基板溫度為300℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至濃度為10％的SiH4和濃度為10％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比為1，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量50sccm引入真空反應(yīng)室中，在10Pa壓力，射頻功率300W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，沉積60分鐘，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下進(jìn)行熱處理，退火溫度600℃，退火時間3小時。在Al的誘導(dǎo)下薄膜出現(xiàn)晶相。
權(quán)利要求
1.一種制備鋁/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜的方法，步驟如下將基板清洗后放入熱蒸發(fā)/電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積裝置的反應(yīng)室中，將Al粉置于鉬舟中放在反應(yīng)室的蒸發(fā)電極上，反應(yīng)室真空度抽至3×10-2～2×10-3Pa，加熱基板，使基板溫度為150～300℃，先真空熱蒸發(fā)Al，在基板上沉積一層Al膜，然后以用H2稀釋至體積濃度為5～20％的SiH4和體積濃度為10～40％的CH4氣體為反應(yīng)氣源，該二種氣源分別由流量計控制輸入裝置的緩沖室，CH4/(CH4+SiH4)摩爾比范圍為0～1，二種氣源在緩沖室充分混合后以流量15～50sccm引入真空反應(yīng)室中，在2～10Pa壓力，射頻功率50W～300W下，產(chǎn)生輝光進(jìn)行反應(yīng)，在Al膜上沉積氫化非晶硅碳合金薄膜，復(fù)合薄膜沉積結(jié)束后，在N2氛圍保護(hù)下于400～600℃溫度退火至少10分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鋁/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜的方法，其特征在于所說的基板為普通玻片、石英玻璃或Si片。
全文摘要
本發(fā)明公開的Al/氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜的制備方法，先采用真空熱蒸發(fā)法在基板上沉積Al膜，然后在同一反應(yīng)室中采用電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積法在Al膜上再沉積氫化非晶硅碳合金薄膜。經(jīng)過熱處理，Al膜誘導(dǎo)非晶硅碳合金薄膜晶化。本發(fā)明制備方法簡單，選用硅烷和甲烷作為反應(yīng)氣源，而無需采用昂貴的SiC晶體作為原料，且成分可以通過設(shè)定氣體比例來控制；選用普通玻片、石英玻璃或Si片作為基板，可滿足各種需求；采用射頻電感耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積法制備的氫化非晶硅碳合金雙層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)有序程度較高，薄膜質(zhì)量較好，在Al的誘導(dǎo)下有利于非晶硅碳薄膜結(jié)晶性能提高。
文檔編號C23C16/30GK1958842SQ20061015442
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者杜丕一, 張翼英, 翁文劍, 韓高榮, 趙高凌, 汪建勛, 宋晨路, 沈鴿, 徐剛, 張溪文 申請人:浙江大學(xué)