CN111139454B - 一种SiC涂层及其制备方法 - Google Patents

一种SiC涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111139454B
CN111139454B CN201911393224.2A CN201911393224A CN111139454B CN 111139454 B CN111139454 B CN 111139454B CN 201911393224 A CN201911393224 A CN 201911393224A CN 111139454 B CN111139454 B CN 111139454B
Authority
CN
China
Prior art keywords
atoms
sic coating
resistivity
coating
aluminum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911393224.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111139454A (zh
Inventor
林培英
朱佰喜
雷宏涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongguan Zhi Orange Semiconductor Material Co ltd
Original Assignee
Dongguan Zhi Orange Semiconductor Material Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongguan Zhi Orange Semiconductor Material Co ltd filed Critical Dongguan Zhi Orange Semiconductor Material Co ltd
Priority to CN201911393224.2A priority Critical patent/CN111139454B/zh
Publication of CN111139454A publication Critical patent/CN111139454A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111139454B publication Critical patent/CN111139454B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32—Carbides
    • C23C16/325—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明提供了一种SiC涂层及其制备方法，该涂层通过CVD方法制备，其中，采用铝原子和磷原子进行掺杂，其中铝原子掺杂浓度为0.8×1018cm‑3至1.1×1018cm‑3、铝原子浓度与磷原子浓度为比例为0.05‑0.1，所述涂层电阻率达到2×106Ω·cm~4×106Ω·cm。本发明的有益效果是：该方法制备方法简单，制备的SiC涂层能够获得106Ω·cm以上的高电阻率。

Description

一种SiC涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种SiC涂层及其制备方法。
背景技术
微机电系统技术是将微电路和微机械装置按功能要求集成在芯片上的一种独立的智能系统，主要由传感器、制动器、电源、信号处理和控制电路组成，尺寸通常在微米级。材料是微机电系统技术发展基础，随着微机电系统技术应用领域日益扩展，对微机电系统的器件提出了更高的要求。SiC具有较高的临界击穿电场、高热导率和饱和电子迁移等特点，适合于制造大功率、高温、高频和抗辐射的半导体器件。CVD(化学气相沉积)法通常用于制备SiC涂层，通过SiC涂层可以对器件的性质进行所需的改进，为了进一步提高SiC的性能，通常对SiC进行掺杂以提高其所需性能，尤其掺杂p型、n型原子进行相关电学性质的改变。
中国专利ZL201280075046.9公开了一种SiC成型体及其制备方法，其通过在制备SiC的CVD过程中同时掺杂100-1000ppm的N原子和1-30ppm的B原子获得了电阻率为10-100000Ω·cm的SiC，其是通过用n型氮原子和p型硼原子同时取代C原子以实现电子与空穴的相互抵消以对电阻率大小实现控制，其实施例中的最高电阻率达到85000Ω·cm。但纯粹的SiC的理论最大电阻率可达109Ω·cm，因此，如何通过简单的技术手段实现更大的电阻率值得进一步研究。
发明内容
本发明提供了一种SiC涂层，其通过CVD方法制备，采用铝原子和磷原子进行掺杂，其中铝原子掺杂浓度为0.8×1018cm-3至1.1×1018cm-3，铝原子浓度与磷原子浓度的比例为0.05-0.1，所述涂层电阻率达到2×106Ω·cm～4×106Ω·cm。
作为本发明的进一步改进，该SiC涂层的铝原子含量为0.87×1018cm-3，磷原子含量为1.23×1019cm-3。
作为本发明的进一步改进，该SiC涂层厚度为0.5mm。
本发明还提供了一种SiC涂层的制备方法，通过加热反应室至1300℃-1500℃，将同时含有硅源和碳源的一元原料气或分别含有硅源和碳源的二元原料气通入反应室，再将含有铝源和磷源的气体通过载气通入反应室，最终在基材上生成高电阻率的SiC涂层。
作为本发明的进一步改进，通过加热反应室至1300℃-1500℃，将CH3SiCl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气通入反应室，最终在基材上生成高电阻率的SiC涂层。
作为本发明的进一步改进，将CH3SiCl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气通入反应室，反应室通过加热至1400℃在基材上生成SiC涂层。
作为本发明的进一步改进，CH3SiCl3气体为气体体积总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.025％，磷化氢的气体体积含量为0.5％。
作为本发明的进一步改进，所述基材为石墨。
本发明的有益效果是：本发明通过在CVD法制备SiC涂层的过程中考察不同p型和n型掺杂原子对SiC涂层电阻率的影响，通过原子掺杂位置和原子半径分析不同原子掺杂提高SiC涂层电阻率的机理，并通过添加特定量的铝和磷原子意外地获得了电阻率高达2×106Ω·cm-4×106Ω·cm的SiC涂层。
具体实施方式
本发明公开了一种具有简单方法制备的具有高电阻率的SiC涂层，其通过在CVD制备过程中掺杂特定含量的铝原子和磷原子能够获得超过106Ω·cm的SiC涂层。
根据现有技术教导，在CVD法制备的SiC涂层中同时掺杂p型硼原子、n型氮原子能够实现空隙与电子抵消的以提高其电阻率，根据CVD制备的SiC涂层的特点，其通常是根据基材性质先生成一层硅或一层碳、再在该层之上相应的生长一层碳或一层硅，如此重复生成制备SiC涂层，而同时掺杂p型硼原子和n型氮原子会在碳层生长时与碳原子形成竞争，从而使得硼原子或氮原子取代了碳原子掺杂在碳层中，因此，p型硼原子和n型氮原子基本生长在同一层中，而同一层的原子并不直接相连，而是通过共价键与相邻层之间连接。根据pn结原理，p型材料和n型材料的交界处由于电子与空穴之间的浓度差导致n型材料的电子进入p材料的空穴形成pn结，从而导致在特定方向上电流能够通过，另一方向上电流需要达到一定程度才能通过。借鉴该技术原理，推测在CVD制备的SiC涂层中，如果将不同类型的掺杂原子分布在相邻的不同层可能会提高电阻率，即SiC涂层中的硅层被p型或n型原子掺杂，而相邻碳层被相应的n型或p型原子取代，则使得p型原子与n型原子在不同层。在SiC涂层内形成交替的p型掺杂层和n型掺杂层，类似于pn结原理，使得电子与空穴能够沿着共价键更容易的传递，可能相对于p型原子和n原子在同一层时能够进一步提高涂层的电阻率。在上述构思的指导下，采用常用的硼原子和铝原子为p型原子、氮原子和磷原子为n型原子开展实验例1-4的实验。
根据实验例1与ZL201280075046.9中的实施例1进行对比，该电阻率达到了67000Ω·cm，但未达到85000Ω·cm，这可能与制备仪器、测量仪器及细节参数等不同有关，但基本表明了特定浓度下的p型硼原子、n型氮原子掺杂的SiC涂层具有较高的电阻率。对比实验例1-3的结果发现，掺杂的铝和氮的SiC涂层和掺杂硼和磷的SiC涂层的电阻率高于掺杂硼与氮的SiC涂层的电阻率，其可能说明不同层掺杂的p型原子和n型原子相对于在碳层掺杂的p型原子和n型原子能够使得电阻率进一步提高，但通过实验例4的结果意外发现，其电阻率明显高于实验例1-3，其可能说明在硅层进行p型原子和n型原子掺杂具有更好的电阻率。通过进一步分析推测，氮原子的原子半径(0.80)小于碳原子(0.86)，硼原子的原子半径(0.86)大于碳原子，磷原子的电子半径(1.30)大于硼原子而小于硅原子(1.34)，而铝原子的原子半径(1.43)大于硅原子，因此，根据原子半径推测，铝原子掺杂进入硅层，氮原子掺杂进入碳层，而硼原子优先进入碳层，磷原子优先进入硅层，在氮、硼掺杂时，氮和大部分硼掺杂硅层，少部分硼进入硅层；在磷、硼掺杂时，磷原子基本进入硅层，硼原子基本进入碳层；在铝、氮掺杂时，铝原子进入硅层，氮原子进入碳层；在铝、磷掺杂时，铝原子和大部分磷原子进入硅层，磷原子部分进入碳层；因此，四种SiC涂层可能都存在不同程度的不同层掺杂的p型原子和n型原子情况，而原子半径的差别可能使得SiC涂层内的晶体生长有较多的缺陷，磷原子进入碳层所引起的缺陷要比硼原子进入硅层的缺陷要大，而磷原子和铝原子进入硅所引起的缺陷要比硼原子和碳原子进入碳层的缺陷要大，因此，铝、磷掺杂的SiC涂层的缺陷应该最大，其可能造成了电阻率的进一步提高。
根据上述分析发现，在实验例4的基础上，如果进一步提高铝、磷含量，将进一步使更多磷原子进入碳层，其不仅增加了不同层掺杂的p型原子和n型原子的程度，而且导致产生的缺陷增加，推测可能会进一步提高SiC涂层的电阻率。在上述构思的指导下，开展了进一步提高铝磷掺杂含量的实验例5和6的实验。
对比实验例4和5可以发现，通过提高铝、磷含量能够进一步提高SiC涂层电阻率，而且意外的能够达到3.5×106Ω·cm，而通过对比实验例5,6可以发现，再进一步提高铝、磷含量发现SiC涂层的电阻率大幅度下降，这说明铝、磷含量应控制在一定的范围，过多的铝、磷一方面导致硅层和碳层缺陷过多，对SiC的结构有明显影响，另一方面可能过多的铝原子导致出现了铝原子相连的情况，导致导电性明显增加。
本发明通过实验例1-6考察了不同p型和n型掺杂原子对SiC涂层电阻率的影响，通过原子掺杂位置和原子半径分析不同原子掺杂提高SiC涂层电阻率的机理，并通过添加特定量的铝和磷原子意外地获得了电阻率高达2×106Ω·cm-4×106Ω·cm的SiC涂层。
实验例1：
先将CH3SiCl3气体通入反应室，再将含有三氯化硼和氮气的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成SiC涂层。其中，CH3SiCl3气体为气体体积总量的10％，三氯化硼的气体体积含量为0.0025％，氮气的气体体积含量为0.05％，从而制备得到了硼原子含量为0.93×1018cm-3，氮原子含量为1.47×1019cm-3的SiC涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为67000Ω·cm。
实验例2：
先将CH3SiCl3气体通入反应室，再将含有三氯化硼和磷化氢的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成SiC涂层。其中，CH3SiCl3气体为气体总量的10％，三氯化硼的气体体积含量为0.0025％，磷化氢的气体体积含量为0.05％，从而制备得到了硼原子含量为0.94×1018cm-3，磷原子含量为1.21×1019cm-3的SiC涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为9.4×104Ω·cm。
实验例3：
先将CH3SiCl3气体通入反应室，再将含有三甲基铝和氮气的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成SiC涂层。其中，CH3SiCl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.0025％，氮气的气体体积含量为0.05％，从而制备得到了Al原子含量为0.83×1018cm-3，氮原子含量为1.46×1019cm-3的SiC涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为5.2×105Ω·cm。
实验例4：
先将CH3SiCl3气体通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成SiC涂层。其中，CH3SiCl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.0025％，磷化氢的气体体积含量为0.05％，从而制备得到了铝原子含量为0.84×1018cm-3，磷原子含量为1.19×1019cm-3的SiC涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，涂层的电阻率为9.8×105Ω·cm。
实验例5：
将CH3SiCl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成SiC涂层。其中，CH3SiCl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.025％，磷化氢的气体体积含量为0.5％，从而制备得到了铝原子含量为0.87×1019cm-3，磷原子含量为1.23×1020cm-3的SiC涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为3.5×106Ω·cm。
实验例6：
将CH3SiCl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气通入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成SiC涂层。其中，CH3SiCl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.25％，磷化氢的气体体积含量为5％，从而制备得到了铝原子含量约为0.88×1020cm-3，磷原子含量约为1.22×1021cm-3的SiC涂层，涂层厚度为0.5mm。经测量，该涂层的电阻率为53000Ω·cm。
本发明的有益效果：在现有技术基础上，本发明通过在CVD法制备SiC涂层的过程中考察不同p型和n型掺杂原子对SiC涂层电阻率的影响，通过原子掺杂位置和原子半径分析不同原子掺杂提高SiC涂层电阻率的机理，并通过添加特定量的铝和磷原子意外地获得了电阻率高达2×106Ω·cm-4×106Ω·cm的SiC涂层。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种SiC涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将CH3SiCl3气体通过氢气通入反应室，再将含有三甲基铝和磷化氢的气体通过氢气载入反应室，反应室通过加热至1400℃在石墨上生成SiC涂层；
其中，CH3SiCl3气体为气体总量的10％，三甲基铝的气体体积含量为0.025％，磷化氢的气体体积含量为0.5％，制备得到的SiC涂层铝原子含量为0.87×1019cm-3，磷原子含量为1.23×1020cm-3，涂层厚度为0.5mm，该涂层的电阻率为3.5×106Ω·cm。
CN201911393224.2A 2019-12-30 2019-12-30 一种SiC涂层及其制备方法 Active CN111139454B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911393224.2A CN111139454B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种SiC涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911393224.2A CN111139454B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种SiC涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111139454A CN111139454A (zh) 2020-05-12
CN111139454B true CN111139454B (zh) 2022-05-10

Family

ID=70521812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911393224.2A Active CN111139454B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种SiC涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111139454B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104508178A (zh) * 2012-08-01 2015-04-08 东海炭素株式会社 SiC成型体以及SiC成型体的制造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104508178A (zh) * 2012-08-01 2015-04-08 东海炭素株式会社 SiC成型体以及SiC成型体的制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SiC半导体材料及其器件应用;杨克武等;《半导体情报》;20000430;第37卷(第2期);第13-15、29页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111139454A (zh) 2020-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102400224B (zh) 碳化硅单晶及其制造方法
KR20150020097A (ko) 게르마늄 주석을 포함하는 막의 형성 방법 그리고 그 막을 포함하는 구조물 및 디바이스
CN104885197B (zh) 制造碳化硅半导体衬底的方法以及制造碳化硅半导体器件的方法
US20220290296A1 (en) Method for the production of a polymer coated graphene layer structure and graphene layer structure
JP2021510936A (ja) Ｍｏｃｖｄによりグラフェン被覆発光装置を製造する方法
CN111139454B (zh) 一种SiC涂层及其制备方法
CN117153671B (zh) 碳化硅衬底的外延生长方法以及碳化硅外延片
Heinecke et al. Plasma stimulated MOCVD of GaAs
WO2015130334A1 (en) Silicon solar cells with epitaxial emitters
EP3031084A1 (en) Vacuum deposition system for solar cell production
WO2004061167A1 (ja) 低抵抗ｎ型半導体ダイヤモンドおよびその製造方法
KR20130133996A (ko) 탄화규소 에피 웨이퍼 및 이의 제조 방법
JP2004343133A (ja) 炭化珪素製造方法、炭化珪素及び半導体装置
CN115074825A (zh) 碳化硅外延结构、脉冲式生长方法及其应用
Ishii et al. Silicon Epitaxial Wafer with Abrupt Interface by Two‐Step Epitaxial Growth Technique
WO2010082120A1 (en) Amorphous carbon, method of manufacturing the same, and solar cell including the same
JP2021082765A (ja) 炭化珪素多結晶膜、炭化珪素多結晶膜の製造方法および炭化珪素多結晶膜の成膜装置
KR100803950B1 (ko) 플라즈마 유기-금속 화학 증착법을 이용한 ｐ형 산화아연박막 제조 방법
JP7025023B2 (ja) 電子部品のためのシリコンウェーハ及びその製造方法
Xu et al. CMOS compatible in-situ n-type doping of ge using new generation doping agents P (MH3) 3 and As (MH3) 3 (M= Si, Ge)
CN111769034B (zh) 一种渐变式pn结材料的制备方法
CN113667937B (zh) 一种Alq3纳米线水平阵列的制备方法及其应用
Uvarov et al. Plasma-enhanced atomic layer deposition of Zn-doped GaP
CN117613049A (zh) 一种整合电容器的mosfet及制备方法
JP5028879B2 (ja) 薄膜付きダイヤモンド単結晶の製造方法、及び薄膜付きダイヤモンド単結晶

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant