專利名稱：采用pecvd制備碳化硅薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用等離子體增強 化學(xué)氣相沉積(PECVD)制備碳化硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)以來，以硅為基本材料的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)已有長足發(fā)展，隨著MEMS 應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，硅材料本身的性能局限性制約了硅基MEMS在高溫、高頻、強輻射及 化學(xué)腐蝕等極端條件下的應(yīng)用。因此，尋找硅的新型替代材料正日益受到重視。在眾多半 導(dǎo)體材料中，碳化硅在機械強度、熱學(xué)性能、抗腐蝕性、耐磨性等方面具有明顯的優(yōu)勢，且與 IC工藝兼容，故而在極端條件的MEMS應(yīng)用中，成為硅的首選替代材料。近年來，隨著碳化硅薄膜制造技術(shù)的發(fā)展，碳化硅薄膜在MEMS中得到越來越廣泛 的應(yīng)用，其應(yīng)用方式主要有保護層和微結(jié)構(gòu)層兩種。保護層主要是由于碳化硅材料良好的 機械性能和化學(xué)性能，將碳化硅薄膜直接沉積在已制好的硅微結(jié)構(gòu)上可顯著提高器件的耐 磨性和耐腐蝕性。碳化硅薄膜作為保護層多應(yīng)用于微轉(zhuǎn)動器件的接合部分，如微齒輪、微馬 達等，或是高溫和腐蝕性環(huán)境中。碳化硅薄膜作為微結(jié)構(gòu)層是由于其耐強輻射及化學(xué)腐蝕 等。碳化硅薄膜生長在硅等其他基底上，以這兩種材料作為微結(jié)構(gòu)層只需使用傳統(tǒng)的微機 械加工法既可制成各種碳化硅微結(jié)構(gòu)。此項技術(shù)在碳化硅MEMS中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 碳化硅多數(shù)沉積在單晶硅基底上，故而在MEMS中多采用體微機械方法加工生長碳化硅的 硅基底來制造高溫壓力傳感器。碳化硅作為材料的微結(jié)構(gòu)可采用表面微機械也可采用體微 機械加工，采用不同的犧牲層可以研制出性能不同的微機電系統(tǒng)。目前制備碳化硅薄膜的方法已有許多，諸如離子注入法、物理氣相輸運(PVT)、液 相外延生長(LPE)、分子束外延(MBE)、磁控濺射(RMS)和激光脈沖(PLD)等。本發(fā)明基于現(xiàn)有的PECVD系統(tǒng)，通過調(diào)整工藝參數(shù)使本底達到高溫高真空，制作 具有質(zhì)量好、晶化率高，能應(yīng)用于窗口器件、微機電系統(tǒng)或光電子器件上的碳化硅薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明提供了一種降低沉積薄膜的缺陷密度，制備均勻、致密的碳化硅薄膜的方 法，以解決碳化硅薄膜純度和力學(xué)性能差，在制作大面積窗口器件的時容易造成坍塌、褶 皺，以及薄膜到一定厚度會出現(xiàn)裂紋的問題。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，包括1)襯底預(yù)備；2)襯底清洗；3)腔體抽真空，達到真空預(yù)定值后加熱；4)加熱到預(yù)定溫度，通入反應(yīng)氣體；
5)調(diào)整工作氣壓，打開射頻電源，開始反應(yīng)；6)反應(yīng)完畢，腔體內(nèi)持續(xù)抽真空，直至溫度低于預(yù)定溫度。上述方案中，步驟1)中所述襯底包括硅、石英玻璃、藍寶石的任一種。上述方案中，步驟2)中所述清洗襯底的方法是將襯底用濃硫酸和雙氧水的混合 溶液加熱到一定溫度浸泡，然后用去離子水清洗后，再用甲苯、丙酮、酒精各超生清洗數(shù)分 鐘，最后將襯底烘干。上述方案中，步驟3)中所述真空度預(yù)定值至少為3. 5 X IO-4Pa0上述方案中，步驟4)中所述預(yù)定溫度為800 1000°C。上述方案中，步驟4)中所述通入的反應(yīng)氣體為硅烷和甲烷的混合氣體。上述方案中，步驟5)中所述工作氣壓為20 120Pa。上述方案中，步驟6)中所述預(yù)定溫度為180°C。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明，通過采用等離子體輔助高溫制備的方法，保證腔體具有高本底真 空度，使薄膜的結(jié)晶化程度顯著提高，同時減少薄膜雜質(zhì)和缺陷的產(chǎn)生，極大提高了薄膜的 力學(xué)性能，解決了制備碳化硅薄膜的缺陷密度大、雜質(zhì)多、硬度小、結(jié)構(gòu)應(yīng)力大、制作器件時 薄膜破損的問題。2、利用本發(fā)明，可沉積高質(zhì)量高晶化率的碳化硅薄膜，作為保護層或是結(jié)構(gòu)層，可 極大的改善傳統(tǒng)硅MEMS性能，是目前改善傳統(tǒng)硅MEMS性能最為可行和廉價的方法。


圖1是本發(fā)明提供的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法流程圖；圖2是依照本發(fā)明實施例所制備的碳化硅薄膜的X射線衍射曲線，從圖中明顯得 到晶向為(222)的碳化硅薄膜。圖3是依照本發(fā)明實施例所制備的碳化硅薄膜的拉曼譜，在900 lOOOcnT1段有 明顯且尖銳的鋒，說明碳化硅薄膜的晶化率比較高。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法流程圖，該方 法包括步驟1 襯底預(yù)備；所述襯底可以采用硅、石英玻璃、藍寶石的任一種。步驟2 襯底清洗；清洗襯底的方法為將襯底用濃硫酸和雙氧水的混合溶液加熱 到一定溫度浸泡，然后用去離子水清洗后，再用甲苯、丙酮、酒精各超生清洗數(shù)分鐘，最后將 襯底烘干。步驟3 腔體抽真空，達到真空預(yù)定值后加熱；真空度預(yù)定值至少為3. 5X 10_4Pa。步驟4 加熱到預(yù)定溫度，通入反應(yīng)氣體；預(yù)定溫度為800 1000°C，通入的反應(yīng) 氣體為硅烷和甲烷的混合氣體。
步驟5 調(diào)整工作氣壓，打開射頻電源，開始反應(yīng)；工作氣壓為20 120Pa。步驟6:反應(yīng)完畢，腔體內(nèi)持續(xù)抽真空，直至溫度低于預(yù)定溫度，預(yù)定溫度為 180 "C。本發(fā)明首先將襯底用濃硫酸和雙氧水比例為10 (1 3)的混合溶液在120°C 130°C下浸泡15 30分鐘；取出后，用去離子水清洗，用甲苯、丙酮和乙醇在25°C 80°C之 間各超生清洗2 10分鐘；再用去離子水在25°C 80°C之間超生清洗2 10分鐘。烘干 后，襯底可以用于進行沉積。沉積采用13. 56MHz射頻感應(yīng)耦合等離子體增強化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，將清洗烘干 過的樣品水平放置在樣品臺上，預(yù)真空抽至KT4Pa以上，使用氦氣稀釋到5%的硅烷和高 純甲烷作為反應(yīng)氣體，氣體比例為4 (1 3)工作氣壓為20 120Pa，射頻功率為50 250W襯底溫度為800 1000°C，反應(yīng)時間為15 60min。實施例本實施例選用2英寸單晶(100)晶向硅片，在沉積前清洗硅片，步驟如下1)把硅片放入濃硫酸和雙氧水比例為10 1的混合液體中加熱到125°C浸泡30 分鐘，去除襯底油污；2)用去離子水清洗襯底；3)分別在甲苯、丙酮和乙醇中超生清洗10分鐘；4)用去離子水超生清洗10分鐘后烘干。5)將清洗烘干后的硅片放入反應(yīng)腔中，樣品臺加熱至1000°C，反應(yīng)腔內(nèi)真空度抽 至3X10_4Pa，射頻功率為150W工作氣壓80Pa，硅烷流量為80sccm，甲烷流量為20sccm反 應(yīng)時間為40分鐘。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟1)、襯底預(yù)備；2)、襯底清洗；3)、腔體抽真空，達到真空預(yù)定值后加熱；4)、加熱到預(yù)定溫度，通入反應(yīng)氣體；5)、調(diào)整工作氣壓，打開射頻電源，開始反應(yīng)；6)、反應(yīng)完畢，腔體內(nèi)持續(xù)抽真空，直至溫度低于預(yù)定溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，其特征在于步驟1)中 所述襯底包括硅、石英玻璃、藍寶石的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，其特征在于步驟(2)所 述清洗襯底的方法是將襯底用濃硫酸和雙氧水的混合溶液浸泡，然后用去離子水清洗后， 再用甲苯、丙酮、酒精各超生清洗數(shù)分鐘，最后將襯底烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，其特征在于步驟(3)所 述真空度預(yù)定值不得低于3. 5X 10_4Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，其特征在于步驟(4)所 述預(yù)定溫度為800 1000°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，其特征在于步驟(4)所 述通入的反應(yīng)氣體為硅烷和甲烷的混合氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，其特征在于步驟(5)所 述工作氣壓為20 120Pa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用PECVD制備碳化硅薄膜的方法，其特征在于步驟(6)所 述預(yù)定溫度為低于180°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)在高溫條件下制作碳化硅薄膜的方法，包括1)襯底預(yù)備；2)襯底清洗；3)腔體抽真空，達到真空預(yù)定值后加熱；4)加熱到預(yù)定溫度，通入反應(yīng)氣體；5)調(diào)整工作氣壓，打開射頻電源，開始反應(yīng)；6)反應(yīng)完畢，腔體內(nèi)持續(xù)抽真空，直至溫度低于預(yù)定溫度。利用本發(fā)明，改善了碳化硅薄膜的結(jié)晶狀態(tài)，使其晶化，有效減少了碳化硅薄膜內(nèi)部的缺陷和雜質(zhì)，避免了薄膜中較大的張應(yīng)力造成薄膜破裂，有效地提高了碳化硅薄膜的質(zhì)量。
文檔編號C23C16/505GK101985743SQ20091009000
公開日2011年3月16日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者劉宇, 劉明, 宋曦, 朱效立, 謝常青 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所