專利名稱：采用氫摻雜在金剛石表面制備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金剛石，是一種采用氫摻雜在金剛石表面制備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法。
背景技術(shù)：
用金剛石制作晶體管或二極管一直是本領(lǐng)域研究的重要課題之一，而金剛石器 件在工業(yè)上的應(yīng)用首先要求有較好的導(dǎo)電性能。但是，工業(yè)生產(chǎn)上在金剛石表面制 作導(dǎo)電膜是較難實(shí)現(xiàn)的，多年以來(lái)一直沒有一種能夠工業(yè)上應(yīng)用的方法。為此，申 請(qǐng)人研究了一種用弧光放電等離子體化學(xué)氣相沉淀法在金剛石制備半導(dǎo)體材料的方 法，這種方法有較多優(yōu)點(diǎn)，但是，經(jīng)過使用發(fā)現(xiàn)存在的主要不足是在直徑大于5 厘米的金剛石表面上制做半導(dǎo)體導(dǎo)電膜是非常困難的，制造時(shí)設(shè)備的損耗較大，大 面積的基片冷卻也非常難解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種采用氫摻雜在金剛石表面制備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法， 它能夠?qū)崿F(xiàn)在直徑大于5厘米的金剛石表面上制作半導(dǎo)體導(dǎo)電膜，能夠工業(yè)化生產(chǎn)。 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)采用氫摻雜在金剛石表面制
備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法，包括以下步驟
① 采用丙酮有機(jī)溶機(jī)對(duì)金剛石基片清洗；
② 清洗后的基片放入CVD設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)；
③ 反應(yīng)室抽空至l(TTorr;
④ 對(duì)基片加熱至400—550'C;
⑤ 反應(yīng)室通入CH4氣體，對(duì)基片進(jìn)行氫等離子處理，氣體流量為10—200ml/min， 通入時(shí)間為3—5分鐘，之后關(guān)掉氣源；
⑥ 反應(yīng)室再次抽真空至10_4Torr;—
Q反應(yīng)室通入H2氣體和CH4氣體，H2氣體流量為10—50ml/min, CH^氣體流量為30 —300ml/min;
⑧ 步驟⑦所述氣體通氣l一2分鐘后開啟微波電源，在基片上進(jìn)行半絕緣膜沉積， 微波功率為3000—5000W，半絕緣膜的沉積速率為O.Ol — O. lum/min，沉積時(shí)間為 10—100分鐘，半絕緣膜的厚度達(dá)到0. 5 — 5微米后關(guān)閉微波電源；
⑨ 向反應(yīng)室內(nèi)再通入H2氣體，使H2流量增至60 — 100ml/min，并同時(shí)通入02氣 體，該氣體流量為20—60ml/min;
⑩ 步驟⑨所述氣體通氣l一2分鐘后開啟微波電源，在基片的半絕緣膜上進(jìn)行導(dǎo) 電膜沉積，微波功率為3000—5000W;導(dǎo)電膜沉積速率為O.Ol — O. lum/min，沉積 時(shí)間為5 — 50分鐘，最終在基片半絕緣膜上形成0.1 — 1微米厚度的導(dǎo)電膜，此時(shí)關(guān) 閉微波電源，并同時(shí)關(guān)閉所有氣體。
本發(fā)明所述的步驟⑦中的H2氣體流量為30ml/min, CH4氣體流量為120ml/min。 本發(fā)明所述的步驟⑨中的H2氣體流量為躬ml/min。
本發(fā)明方法所述的CVD設(shè)備是微波等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備，該設(shè)備目前用 于絕緣金剛石膜的制造方法中，該設(shè)備的結(jié)構(gòu)為公知技術(shù)，該設(shè)備用于本發(fā)明方法 中的工作原理是微波源穿過CVD設(shè)備上的絕緣窗口進(jìn)入反應(yīng)室，氣體分子的電子 吸收微波能量后碰撞加劇，氣體分子被加熱后分解，生成反應(yīng)活性粒子，沉積在處 于等離子體球中的基片表面上，形成半絕緣膜和導(dǎo)電膜。等離子體球的精確位置通 過CVD設(shè)備波導(dǎo)終端的短路滑片調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)金剛石膜的均勻性。
本發(fā)明方法中所述氫等離子處理，可以形成原子氫氣氛，原子氫能穩(wěn)定金剛石 表面的"懸掛鍵"，防止表面石墨化；原子氫對(duì)SP2結(jié)構(gòu)碳的刻蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)SP3 結(jié)構(gòu)碳的刻蝕能力。大量原子氫不停地將生成的石墨刻蝕掉，留下金剛石，從而使 得金剛石薄膜得以不斷地長(zhǎng)大；原子氫能有效地與反應(yīng)先驅(qū)物質(zhì)一碳?xì)浠衔锓磻?yīng)， 生成大量有利于金剛石薄膜生長(zhǎng)的活性基團(tuán)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的方法可簡(jiǎn)稱微波法，是采用磁波能量激發(fā)反應(yīng)氣 體，由于是無(wú)極放電，使等離子體純凈，同時(shí)微波放電區(qū)集中而不擴(kuò)展，能夠激活 產(chǎn)生各種原子基團(tuán)，如原子氫等，產(chǎn)生的離子的最大動(dòng)能低，不腐蝕已生成的金剛石，使金剛石表面的粗糙度有較大改進(jìn)，本發(fā)明方法中的微波功率連續(xù)平緩，能使 沉積溫度連續(xù)穩(wěn)定變化，本發(fā)明的方法能夠在沉積過程中產(chǎn)生大面積穩(wěn)定的等離子 體球，從而有利于大面積、均勻沉積金剛石半導(dǎo)體導(dǎo)電膜，用本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)
在直徑為5—7. 62厘米金剛石表面上制做半導(dǎo)體導(dǎo)電膜，為金剛石器件在工業(yè)應(yīng)用， 特別是航空、國(guó)防上的應(yīng)用，提供了可靠的工業(yè)實(shí)用性。采用本發(fā)明方法制作的半 導(dǎo)體導(dǎo)電膜的空穴遷移率大于1300V. S/cm2，氫摻雜濃度范圍在5X 1016_1X 1019Cnf2， 并易于分別準(zhǔn)確控制半絕緣膜和導(dǎo)電膜的厚度等。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的采用氫摻雜在金剛石表面制備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法，包括以下步
驟
① 采用丙酮有機(jī)溶機(jī)對(duì)金剛石基片清洗；
② 清洗后的基片放入CVD設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)；
③ 反應(yīng)室抽空至l(T4Torr;
④ 對(duì)基片加熱至400—550'C;優(yōu)選的溫度可以是480'C。
⑤ 反應(yīng)室通入CH4氣體，對(duì)基片進(jìn)行氫等離子處理，氣體流量為10_200ml/min， 通氣持續(xù)時(shí)間為3_5分鐘，之后關(guān)掉氣源；優(yōu)選的氣體流量為120ml/min，通氣時(shí) 間為3.8分鐘，當(dāng)然，氣體流量在10—200ml/min、通氣時(shí)間為3 — 5分鐘的任一數(shù) 值內(nèi)均能實(shí)施；
⑥ 反應(yīng)室再次抽真空至10—Torr;
⑦ 反應(yīng)室通入H2氣體和CH4氣體，H2氣體流量為10—50ml/min， CH4氣體流量為 30—300ml/min;
⑧ 步驟⑦所述氣體通氣l一2分鐘后開啟微波電源，在基片上進(jìn)行半絕緣膜沉積， 微波功率為3000—5000W,半絕緣膜的沉積速率為O.Ol — O. 1ixm/min，沉積時(shí)間為 10—IOO分鐘，半絕緣膜的厚度達(dá)到0.5—5微米后關(guān)閉微波電源，該步驟中所述的 沉積時(shí)間長(zhǎng)短及沉積速率高低與形成的半絕緣膜厚度基本成正比關(guān)系；
(D向反應(yīng)室內(nèi)再通入H2氣體，使H2氣體流量增至60—100ml/min，并同時(shí)通入02氣體，該氣體流量為20—60ml/min;
⑩步驟⑨所述氣體通氣l一2分鐘后開啟微波電源，在基片的半絕緣膜上進(jìn)行導(dǎo) 電膜沉積，微波功率為3000—5000W，導(dǎo)電膜沉積速率為O.Ol — O. lum/min,沉積 時(shí)間為5 — 50分鐘，最終在基片半絕緣膜上形成0.1 — 1微米厚度的導(dǎo)電膜，此時(shí)關(guān) 閉微波電源，并同時(shí)關(guān)閉所有氣體，該步驟中所述的沉積時(shí)間長(zhǎng)短及沉積速率高低 與形成的導(dǎo)電膜厚度基本成正比關(guān)系。
本發(fā)明所述步驟⑦中的H2氣體流量為30ml/min， C仏氣體流量為120ml/min是優(yōu)
選的方案。
本發(fā)明所述步驟⑨中的H2氣體流量為85ml/min是優(yōu)選的方案。 本發(fā)明方法中所述氣體的純度均為99. 99%以上，所述的CH4氣體，也可采用C2H4、 H20、 C02、 CO、 CH3OH、 CAOIK (:晶0氣體替代。
權(quán)利要求
1、采用氫摻雜在金剛石表面制備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法，其特征在于包括以下步驟①采用丙酮有機(jī)溶機(jī)對(duì)金剛石基片清洗；②清洗后的基片放入CVD設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)；③反應(yīng)室抽空至10-4Torr；④對(duì)基片加熱至400—550℃；⑤反應(yīng)室通入CH4氣體，對(duì)基片進(jìn)行氫等離子處理，氣體流量為10—200ml/min，通入時(shí)間為3—5分鐘，之后關(guān)掉氣源；⑥反應(yīng)室再次抽真空至10-4Torr；⑦反應(yīng)室通入H2氣體和CH4氣體，H2氣體流量為10—50ml/min，CH4氣體流量為30—300ml/min；⑧步驟⑦所述氣體通氣1—2分鐘后開啟微波電源，在基片上進(jìn)行半絕緣膜沉積，微波功率為3000—5000W，半絕緣膜的沉積速率為0.01—0.1μm/min，沉積時(shí)間為10—100分鐘，半絕緣膜的厚度達(dá)到0.5—5微米后關(guān)閉微波電源；⑨向反應(yīng)室內(nèi)再通入H2氣體，使H2氣體流量增至60—100ml/min，并同時(shí)通入O2氣體，該氣體流量為20—60ml/min；⑩步驟⑨所述氣體通氣1—2分鐘后開啟微波電源，在基片的半絕緣膜上進(jìn)行導(dǎo)電膜沉積，微波功率為3000—5000W；導(dǎo)電膜沉積速率為0.01—0.1μm/min，沉積時(shí)間為5—50分鐘，最終在基片半絕緣膜上形成0.1—1微米厚度的導(dǎo)電膜，此時(shí)關(guān)閉微波電源，并同時(shí)關(guān)閉所有氣體。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的采用氫摻雜在金剛石表面制備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法， 其特征在于步驟⑦中所述的H2氣體流量為30ml/min， CH4氣體流量為120ml/min。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氫摻雜在金剛石表面制備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法， 其特征在于步驟(D中所述H2氣體流量為85ml/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用氫摻雜在金剛石表面制備半導(dǎo)體導(dǎo)電膜的方法，本發(fā)明的方法可簡(jiǎn)稱微波法，是采用磁波能量激發(fā)反應(yīng)氣體，由于是無(wú)極放電，使等離子體純凈，同時(shí)微波放電區(qū)集中而不擴(kuò)展，能夠激活產(chǎn)生各種原子基團(tuán)，如原子氫等，產(chǎn)生的離子的最大動(dòng)能低，不腐蝕已生成的金剛石，使金剛石表面的粗糙度有較大改進(jìn)，本發(fā)明方法中的微波功率連續(xù)平緩，能使沉積溫度連續(xù)穩(wěn)定變化，本發(fā)明的方法能夠在沉積過程中產(chǎn)生大面積穩(wěn)定的等離子體球，從而有利于大面積、均勻沉積金剛石半導(dǎo)體導(dǎo)電膜，用本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)在直徑為5-7.62厘米金剛石表面上制做半導(dǎo)體導(dǎo)電膜，為金剛石器件在工業(yè)應(yīng)用，特別是航空、國(guó)防上的應(yīng)用，提供了可靠的工業(yè)實(shí)用性。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101452835SQ20081024972
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者李西勤 申請(qǐng)人:山東泉舜科技有限公司