TW202229599A - 碳化矽薄膜及其氣相沉積方法 - Google Patents

碳化矽薄膜及其氣相沉積方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202229599A
TW202229599A TW110136312A TW110136312A TW202229599A TW 202229599 A TW202229599 A TW 202229599A TW 110136312 A TW110136312 A TW 110136312A TW 110136312 A TW110136312 A TW 110136312A TW 202229599 A TW202229599 A TW 202229599A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substrate
sic
silicon
precursor
reaction zone
Prior art date
Application number
TW110136312A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI824306B (zh
Inventor
巴里 Ｃ 雅克雷斯
艾倫 Ｅ 卡洛耶羅斯
Original Assignee
美商蓋列斯特股份有限公司
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 美商蓋列斯特股份有限公司 filed Critical 美商蓋列斯特股份有限公司
Publication of TW202229599A publication Critical patent/TW202229599A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI824306B publication Critical patent/TWI824306B/zh

Links

Images

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
    • C23C16/44—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
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • 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
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0209—Pretreatment of the material to be coated by heating
    • 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
    • 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
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
    • 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
    • C23C16/50—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 using electric discharges

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

提供一種氣相沉積方法，用於初沉積無氫碳化矽(SiC)及包括氧之SiC膜(SiC：O)薄膜的生長。為生產SiC薄膜，該方法包括在有或沒有稀釋氣體下，將氣相的矽烴前驅物，諸如TSCH(1,3,5-三矽雜環己烷)提供到含有一加熱基板的反應區，使得前驅物的吸附及分解發生，在基板表面上以1：1的矽與碳間原子比形成化學計量、無氫的碳化矽(SiC)，而無需曝露於任何其他反應性化學物種或共反應物。對於SiC：O膜，將氧源添加到反應區以用氧摻雜該SiC薄膜。在矽烴前驅物中，每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結。

Description

碳化矽薄膜及其氣相沉積方法
交互參照相關申請案
本申請案主張於2020年9月30日提申之美國專利臨時申請案第 63/085,617號案之優先權，該者之完整揭露內容係併入本文以作為參考。
本發明係有關於碳化矽薄膜及其氣相沉積方法。
發明背景
碳化矽(SiC)薄膜在多個應用領域被見證不斷增加強度的研究興趣。SiC塗層的吸引力歸因於它們非常想望的物理、機械、電氣及光電性質組合，使其成為汽車、航太、電腦晶片、太陽能、發光及醫療產業應用的主要候選者。
SiC塗層由於其高硬度(潛在地超過40GPa)、有效的抗氧化性、耐高溫及耐熱震性以及化學穩定性及有吸引力的機械、摩潤及介電性質，在具有挑戰性的熱、環境及化學條件下被採用作為硬質保護塗層。超薄SiC膜係用於積體電路(IC)技術之廣泛範圍應用中，特別是微處理器單元(MPU)、單晶片系統(SoC)、快閃記憶體及通常稱為三維(3D)積體系統的電子元件垂直堆疊。一方面，SiC應用作擴散障壁，結合低介電常數(κ)材料替代二氧化矽(SiO 2)。類似地，SiC係使用作為銅互連的覆蓋層及蝕刻停止層。
以相似的方式，SiC薄膜由於其寬帶隙(2.3eV)及提高的電崩潰電壓而成功地被併入到主動式光學和光電器元件中，包括面板顯示器、照明及發光元件。在這層面上，SiC薄膜係採用作為發光元件(LED)及有機LED(OLED)中的滲透屏障層及封裝層，以及各種平面光學系統和光波導的製造。此外，SiC塗層被建議用作可撓性電致發光元件中的鈍化層。SiC的應用還延伸到綠能源領域，主要是太陽能電池應用。舉例而言，微晶形及非晶形SiC塗層被用作薄膜太陽能電池中的窗口層。與硬塗層及電腦晶片產業一樣，SiC薄膜被用作矽太陽能電池中的鈍化層。
儘管這些大量的R&D努力嘗試，但必須克服重大挑戰，才能使SiC薄膜可擴展到新興的工業用途，諸如異質元件應用。一方面，目前大部分SiC氣相沉積方法依賴於矽烷或鹵化物型前驅物(諸如SiH 4、Si 2H 6及SiCl 4)與含碳前驅物(諸如CHCl 3、C 3H 4、C 2H 2及CCl 4)的高溫反應。與使用此類化學品關聯的固有挑戰係證據充分的，並包括其等之自燃性質，眾多環境、健康及安全爭議，在所得SiC膜中併入高水平的氫，及需要沉積後退火以達到所欲的SiC膜規格。描述氫化非晶形碳化矽薄膜品質的兩個參數在實驗公式a-Si 1-xC 1+x：H中著墨的，其中 x關聯於氫與矽原子的取代鍵結，這防止了Si與C原子的1：1化學計量，而：H代表摻雜的(包括可能的間隙)H原子，它們不會改變 Si：C 的1：1化學計量。對於擁有最低水平之兩種類型H缺陷的良好品質碳化矽是非常希望的。
著墨這些挑戰的先前技藝努力包括在低於600 oC，較佳地介於100與200 oC之間的溫度下使用TSCH(1,3,5-三矽雜環己烷)的電漿輔助原子層沉積 (PA-ALD)(美國專利第8,440,571號案)；應用紫外光處理選擇性移除一些前驅物配位基及附著物，實現分子層沉積(美國專利第8,753,985號案)；及遠程電漿法以形成在基板上生成可流動層的電漿流出物(美國專利公開申請案2013/0217239)。不幸的是，所有這些方法都未能沉積出真正的化學計量的SiC相，而是產生了由矽-碳-氫排列網路組成之膜，具有不同的矽碳比、變化的氫含量及顯著的缺陷水平。由於氫在膜的物理、化學、電學及光電性質上重大的影響，氫的包括不僅是一個真正的問題，而且Si-H與C-H鍵結的本質在定制所得膜特徵上也扮演著重要角色。
另一個影響因素是Si、C及H元素的鮑林相對負電性(即Si：1.90；C：2.55；H：2.20)。Si-C鍵具有相對高的偶極矩，而Si-H鍵具有相對低的偶極矩。因此，即使使用已知方法製備之膜組成物的原子百分比一致，所得膜可能具有不同的原子鍵排列並且所得膜的介電性質可能有所變化。再者，對於沉積後高溫退火以移除H並降低缺陷密度的需要增添了複雜性及成本，並限制此類已知方法的使用在不要求熱脆基板的應用中。
解決這些爭議的其他嘗試包括使用TSCH的軟模板方法(STA)，最終材料係由可溶性導向劑(SDA)自組裝到溶劑中來界定；該SDA作為超分子模板，而溶劑具有SiC前驅物的作用。然而，該方法面臨許多挑戰，使其非常不適合半導體、光學及光電應用。這些挑戰包括：(i)前驅物熱解在非常高的溫度 (1000 oC)下執行；(ii)SDA介質要求一周來達成聚合；(iii)所得的SiC不能作為薄膜生長，而是作為堆疊的球形晶粒展現多孔顆粒形態的粉末；及(iv)STA方法是基於溶劑的液相，其不利於整合到半導體、能源、光學及光電產業的主流製造製程中。
因為這些原因，希望提供一種氣相沉積技術，該技術藉由形成具有最小缺陷及氫夾雜之高品質、化學計量、初沉積(as-deposited)SiC薄膜來克服這些及其他已知沉積技術的缺點，同時消除與目前矽及碳源前驅物關聯的爭議。假若該氣相沉積技術最大限度地減少目前加工條件的數目及複雜性，從而最大限度地提高製程安全性、效率及生產率，其將為進一步希望的。假若這樣的氣相沉積技術藉由變化製程參數(諸如基板溫度及前驅物流速)來控制SiC微結構，而無需隨後的退火步驟來達成晶形SiC，其亦為希望的。
發明概要
在本揭露內容之一實施例中，一種用於在沉積室之反應區中基板上生產含不超過1原子%氫之初沉積SiC薄膜的方法，其包含： 在沉積室之反應區提供一基板； 將基板加熱至約600°C至約1000°C的溫度；及 提供包含矽烴之前驅物，其中矽烴中的每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有基板的反應區；及 其中，藉由前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC； 其中該吸附及分解發生在基板表面上，而不存在任何其他反應性化學物種或共反應物。
在另一實施例中，本揭露內容提供了一種在沉積室之反應區中基板上生產含不超過0.2原子%氫之初沉積SiC薄膜的方法，該方法包含： 在沉積室之反應區提供一基板； 將基板加熱至約700°C至約1000°C的溫度；及 提供包含矽烴之前驅物，其中矽烴中的每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有基板的反應區； 其中，藉由前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC； 其中該吸附及分解發生在基板表面上，而不存在任何其他反應性化學物種或共反應物。在進一步之實施例中，本揭露內容提供了一種用於在沉積室之反應區中基板上生產含不超過1原子%氫之初沉積SiC：O薄膜的方法，該方法包含： 在沉積室之反應區提供一基板； 將基板加熱至約600°C至約1000°C的溫度；及 提供包含矽烴之前驅物，其中矽烴中的每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有基板的反應區；及 同時向含有基板的反應區提供共反應物反應性含氧氣體； 其中，藉由前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC：O。
可以單獨或組合實施之本發明的有利細化在該等附屬請求項中具體說明。
綜上所述，本發明之發明範圍內提出以下特別較佳的實施例：
實施例1：一種用於在沉積室之反應區中基板上生產含不超過1原子%氫之初沉積SiC薄膜的方法，該方法包含：在沉積室之反應區提供一基板；將基板加熱至約600°C至約1000°C的溫度；及提供包含矽烴之前驅物，其中每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有該基板的反應區；及其中，藉由前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC；其中該吸附及分解發生在基板表面上，而不存在任何其他反應性化學物種或共反應物。
實施例2：根據前述實施例之方法，其中該基板包含矽、氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮化鎵、鈷、釕、銅、鉑、鈦、氮化鈦、鉭或氮化鉭。
實施例3：根據前述實施例中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽戊烷； 1,3,5,7-四矽壬烷；三環[3.3.1.13,7]戊矽烷；1,3-二矽雜環丁烷；1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)；或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
實施例4：根據前述實施例中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
實施例5：根據前述實施例中任一項之方法，其中該SiC薄膜具有約1：0.98至1：1.02的Si：C原子比。
實施例6：根據前述實施例中任一項之方法，其中藉由紅外光譜測量的SiC膜在~2080cm -1處的Si-H鍵峰下的積分面積與藉由紅外光譜測量於~730cm- 1處的Si-C鍵峰下的積分面積之比小於約1：50。
實施例7：根據前述實施例中任一項之方法，其中該基板係加熱至約700℃至約850℃的溫度。
實施例8：一種用於在沉積室之反應區中基板上生產含不超過0.2原子%氫之初沉積SiC薄膜的方法，該方法包含：在沉積室之反應區提供一基板；將基板加熱至約700°C至約1000°C的溫度；及提供包含矽烴之前驅物，其中每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有該基板之反應區；其中，藉由前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC；其中該吸附及分解發生在基板表面上，而不存在任何其他反應性化學物種或共反應物。
實施例9：根據前述實施例之方法，其中該基板包含矽、氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮化鎵、鈷、釕、銅、鉑、鈦、氮化鈦、鉭或氮化鉭。
實施例10：根據前述實施例中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽戊烷； 1,3,5,7-四矽壬烷；三環[3.3.1.13,7]戊矽烷；1,3-二矽雜環丁烷；1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)；或 1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
實施例11：根據前述實施例中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
實施例12：根據前述實施例中任一項之方法，其中該SiC薄膜具有約1：0.98至1：1.02的Si：C原子比。
實施例13：根據前述實施例中任一項之方法，其中藉由紅外光譜測量的SiC膜在~2080cm -1處的Si-H鍵峰下的積分面積與藉由紅外光譜測量於~730cm- 1處的Si-C鍵峰下的積分面積之比小於約1：50。
實施例14：根據前述實施例中任一項之方法，其中該基板係加熱至約700℃至約850℃的溫度。
實施例15：一種用於在沉積室之反應區中基板上生產含不超過1原子%氫之初沉積SiC：O薄膜的方法，該方法包含：在沉積室之反應區提供一基板；將基板加熱至約600°C至約1000°C的溫度；提供包含矽烴之前驅物，其中每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有該基板之反應區；及同時向含有基板的反應區提供共反應物反應性含氧氣體；其中，藉由前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC：O。
實施例16：根據前述實施例之方法，其中該基板包含矽、氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮化鎵、鈷、釕、銅、鉑、鈦、氮化鈦、鉭或氮化鉭。
實施例17：根據前述實施例中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽戊烷；1,3,5,7-四矽壬烷；三環[3.3.1.13,7]戊矽烷；1,3-二矽雜環丁烷；1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)；或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
實施例18：根據前述實施例中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
實施例19：根據前述實施例中任一項之方法，其中該基板係加熱至約700℃至約850℃的溫度。
實施例20：根據前述實施例中任一項之方法，其中該含氧氣體包含氧氣、水、臭氧及/或一氧化二氮。
較佳實施例之詳細說明 本揭露內容有關用於生產具有極低濃度之結構及成分缺陷之初沉積晶形及非晶形碳化矽(SiC)薄膜及包括氧之SiC膜(SiC：O薄膜)的氣相沉積法，特別是與碳化矽理想化學計量(Si：C = 1：1)偏差關聯的缺陷，及與氫存在關聯的取代及間隙缺陷，以及有關由此類方法產生的膜。在本技藝中一般認為，具10原子%氫水平或更低的薄碳化矽膜被認為展現「低水平氫併入」”，而具有1原子%或更低水平氫的膜被認為是「無氫」。(參閱，舉例而言，A. Kleinová等人之“FTIR spectroscopy of silicon carbide thin films prepared by PECVD technology for solar cell application, Proc. SPIE 9563, Reliability of Photovoltaic Cells, Modules, Components, and Systems VIII, 95630U (September 2015)”；S. Gallis等人之“Photoluminescence at 1540 nm from erbium-doped amorphous silicon carbide films, J. Mater. Res.,19(8), 2389-2893, 2004”)。
本文描述之方法可用於生產具低水平氫併入的SiC膜及無氫SiC​​膜(如上文所界定)兩者，以及SiC：O薄膜。與當前該技藝的術語一致，含有「低水平氫」的膜是指該膜含有10原子%的氫或更少，「無氫」是指該膜含有1原子%或更少的氫，而帶有「不可檢測」氫之膜含有0.2原子%或更少的氫。出於本揭露內容之目的，帶有不可檢測氫的碳化矽膜亦可理解為意指具有低於光譜方法及設備之檢測極限之氫含量的膜，諸如紅外光譜(IR)及X射線光電子能譜(XPS)，估計等於或低於0.2原子%。
術語「薄膜」在本技藝中是眾所周知的，且可能包括厚度範圍從幾奈米到幾微米的膜。更具體地，術語「薄膜」可理解為意指具有小於500nm厚度的膜，且較佳地介於2及50nm之間。短語「初沉積」在本技藝中將理解為是指具有在沉積後立即之效用性質的膜，無需進一步處理，諸如電漿處理、輻射或熱退火。
為了生產SiC薄膜，根據本揭露內容之方法涉及如下所述提供一種矽烴前驅物，諸如較佳的TSCH(1,3,5-三矽雜環己烷)，在有或沒有載體或稀釋氣體下以氣相進入含有一加熱基板的反應區，使得前驅物發生吸附及分解，在基板表面上以範圍自1：0.98至1：1.02，名義上為 1：1的Si：C原子比，形成化學計量碳化矽(SiC)，而無需額外曝露於任何其他反應性化學物種或共反應物。為了形成 SiC：O膜，將氧源添加到反應區以調節摻雜。或者，可隨後用氧源反應或處理該初沉積之SiC膜。SiC及SiC：O膜的晶粒大小及形態可以藉由控制加工參數(諸如基板溫度及前驅物流速)來調節，而無需隨後的退火步驟來達成晶形膜。然而，假若想要更大的結晶粒或磊晶相，亦可能實施退火。
本文描述之氣相沉積技術克服了已知沉積技術的缺點，並且能夠在不需要沉積後退火下生長具有1% 或更少缺陷及/或氫之高品質、化學計量的初沉積SiC薄膜，同時消除與當前Si及C源前驅物相關聯的爭議，並最大限度地減少目前加工條件的數目及複雜性，從而最大限度地提高製程安全性、效率及生產率。
所得到之SiC薄膜將非常有利於半導體、能源、光學及光電產業的關鍵應用。特別是，初沉積SiC薄膜中極低水平的缺陷及氫的存在使它們成為併入光學及光致發光元件的理想選擇，在初沉積SiC中包括缺陷及氫往往會阻礙光學及光致發光性能並要求高溫退火來彌補這些缺陷。相反的，在如本文所述之初沉積SiC膜中存在極低水平的缺陷及氫能夠微調摻雜劑(諸如氧及鉺)的濃度及光學性能，並最大限度地提高所得元件及系統的光學及光致發光性能。
根據本揭露內容之方法採用一類含矽及碳源的前驅物，碳矽烷，交替表示為矽烴，其中矽烴中的每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外鍵結到二或更多個氫原子。前驅物中矽原子與碳原子的比率較佳地在約1至1.5的範圍內。示例性前驅物包括1,3,5,7-四矽壬烷；1,3,5,7-四矽雜環辛烷；三環[3.3.1.13,7]戊矽烷；及1,3-二矽雜環丁烷(不易獲得)，而較佳的市售前驅物包括1,3,5-三矽戊烷及1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)；最佳的為市售的環狀碳矽烷1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)。不像矽烷或鹵化物型矽前驅物(諸如SiH 4、Si 2H 6及SiCl 4)，這類矽前驅物含有矽及碳原子兩者，因此為形成化學計量的SiC提供了分解途徑，而無需含碳的共反應物。矽烴型前驅物(諸如TSCH)的化學結構及鍵結構形能夠分解，其在比矽烷或鹵化物型前驅物(諸如SiH 4、Si 2H 6及SiCl 4)與含碳前驅物(諸如CHCl 3、C 3H 4、C 2H 2及CCl 4)反應所要求更低的溫度下產生化學計量SiC，且無需沉積後退火步驟。
合適的基板包括較佳的矽，以及舉例而言但不限於氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮化鎵、鈷、釕、銅、鉑、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、用於光學及光致發光應用的基板、除此之外。
本文描述之氣相沉積技術之一重要態樣是該方法基於嚴格控制的實驗條件，包括源前驅物溫度、基板溫度、前驅物流速、反應區中的前驅物分壓及總加工壓力，以確保源前驅物分解途徑發生在表面反應限制區域而不是質量輸送限制區域。這些參數確保嚴格控制矽烴型前驅物的吸附及分解機制，以優化配位基移除及氫消除的能量學，同時維持Si-C鍵的完整性，以在所得膜中產生1：1的Si：C比。
在此表面反應限制區域下，雖然不希望受到理論的束縛，但本文描述的方法確保兩個關鍵過程發生：(i)消除反應，其中Si-C雙鍵結構「矽碳烯」形成，繼之(ii)氫從矽原子中解離吸附，這取決於沉積參數，特別是基板溫度，產生可以描述為具低氫含量(＜10原子%氫)、無氫(小於1原子%氫)或具有不可檢測到之氫含量(＜0.2原子%氫)之膜的SiC膜。進一步，所得的SiC膜僅由簡單交聯的Si-C鍵組成，具有距1：1之Si：C化學計量小於0.2%的偏差(可以表示為 1：0.98至1：1.02 的範圍)，無論基板沉積溫度。這些膜與先前技藝膜形成鮮明對比，後者SiC基質展現從主要是C-Si到C-C、C-Si及C-H型鍵的轉變，而作為製程條件的函數，矽從Si-C鍵演變為Si-C、Si- Si及Si-H鍵，引致SiC膜中各種取決於溫度的複雜鍵結構形，其中包括高缺陷密度及顯著的氫含量。
「低氫含量」亦可理解為意指使用標準光譜技術藉由紅外光譜測量時於~2080cm -1處Si-H鍵峰下之積分面積與~730cm -1處Si-C鍵峰下之積分面積之比小於 1：50的材料。「低氫含量」可進一步理解為意指藉由紅外光譜測量時其中Si-H鍵密度與Si-C鍵密度之比率小於1：50比率的材料。應該注意的是，這些IR吸收峰的比率只是一種相關性，證明低於IR檢測極限以下之極低水平的Si-H鍵。或者，可以藉由使用橢圓偏振光譜儀當在1.75eV激發時觀察可見光帶中低於10 3cm -1的未摻雜SiC吸收係數來確定低水平的氫併入(以及上述其他缺陷)。
在一較佳實施例中，可以在高於約700°C且低於約1000°C的基板沉積溫度下製備具有1：1之Si：C化學計量及不可檢測之氫(小於0.2原子%)的膜。在更高的氫含量是可以接受的，但仍然要求1：1之Si：C化學計量的其他實施例中，加工溫度係在約600°C及約700°C之間的範圍內，這就減少元件曝露於熱損傷及能源效率兩方面都有好處。舉例而言，在650°C的沉積溫度下，膜的氫含量可檢測到估計為0.2-1.0原子%的水平，同時維持膜的化學計量。應注意的是，上文範圍旨在包括這些範圍內的所有溫度，諸如但不限於 600°C、625°C、650°C、675°C、700°C、725°C、750° C、775°C、800°C、825°C、850°C、875°C、900°C、925°C、950°C、975°C及1000°C。較佳的基板沉積溫度為約700°C至約850°C，諸如700°C、725°C、750°C、775°C、800°C、825°C及850°C。
在一實施例中，本揭露內容之一態樣有關一種用於生產初沉積的、無氫(不超過1原子%的氫)晶形SiC薄膜的方法，該方法涉及提供一種如上所述矽烴型前驅物，諸如較佳的TSCH，在沒有載體氣體下以氣相進入含有如上所述處於約600°C至約1000°C(較佳地約700°C至約1000°C)之一加熱基板之沉積室的反應區，使得TSCH或其他前驅物在基板表面上發生吸附及分解，在基板上形成一層SiC，而無需存在任何其他反應性化學物種或共反應物。該分解過程產生初沉積、無氫、晶形SiC膜，無需沉積後退火步驟。與稀釋惰性非反應性氣體一起提供該氣相前驅物亦在本揭露內容之發明範圍內，因為這可能提供實際優勢或便利，但是稀釋氣體係非要求的。
TSCH或其他前驅物的源溫度維持在約-25至約75°C，更佳地約0至約25°C，並且沉積室中前驅物的蒸氣分壓維持在反應區總壓力之約10%至約100%，更佳地在反應區總壓力之約50%至約90%；剩餘的分壓來自稀釋氣體(假若存在)。假若沒有稀釋氣體，前驅物的蒸氣壓為系統的總壓力，不需要稀釋氣體或載體氣體，因為前驅物蒸氣壓單獨維持系統中的總壓力(真空)。基板沉積溫度維持在約600℃至約1000℃，且更佳地約700至約850℃。反應區(沉積室)中的總壓力，亦稱為工作壓力，維持在約0.1托至約760托，且更佳地在0.2托至10托。還有，稀釋氣體流速(假若採用)維持在約10至約1000sccm，且更佳地50至250sccm。
稀釋氣體，假若採用的話，選自已知的惰性氣體，諸如氦氣、氖氣、氬氣及氙氣。
採用這些製程參數形成SiC膜確保了1：1 ± 0.05的Si：C化學計量(藉由XPS測量)，較佳地1：1 ± 0.02(1：1.098 至 1：1.02)，及具小於1原子百分比的氫(藉由紅外光譜測量)。進一步，藉由紅外光譜測量之SiC膜在~2080cm -1處的Si-H鍵峰下的積分面積與藉由紅外光譜測量於~730cm- 1處的Si-C鍵峰下的積分面積之比小於約1：50。
在另一實施例中，本揭露內容之一態樣有關一種用於生產具有不可檢測濃度(不超過0.2原子%)之H(間隙及取代兩者)及缺陷的初沉積、晶形SiC膜的方法。該方法涉及提供TSCH或如上所述另一種矽烴型前驅物，以氣相進入含有如上所述處於約700°C至約1000°C(較佳地約700°C至約850°C)之一加熱基板的沉積室之反應區，使得TSCH或其他前驅物在稀釋惰性非反應性氣體存在下在基板表面上發生吸附及分解，在基板上形成一層SiC，而無需任何其他反應性化學物種或共反應物的干預。該分解過程產生初沉積、晶形SiC膜，具有如上所述不可檢測之H(間隙及取代兩者)及缺陷，而無需沉積後退火步驟。與稀釋惰性非反應性氣體一起提供該氣相前驅物亦在本揭露內容之發明範圍內，因為這可能提供實際優勢或便利，但是稀釋氣體係非要求的。
TSCH或其他前驅物的源溫度維持在約-25至約75°C，更佳地約0至約25°C，並且沉積室中前驅物的蒸氣分壓維持在反應區總壓力之約10%至約100%，更佳地在反應區總壓力之約50%至約90%；剩餘的分壓來自稀釋氣體(假若存在)。假若沒有稀釋氣體，前驅物的蒸氣壓為系統的總壓力，不需要稀釋氣體或載體氣體，因為前驅物蒸氣壓單獨維持系統中的總壓力(真空)。基板沉積溫度維持在約700℃至約1000℃，且更佳地約700至約850℃。反應區(沉積室)中的總壓力，亦稱為工作壓力，維持在約0.1托至約760托，且更佳地在0.2托至10托。還有，稀釋氣體流速(假若採用)維持在約10至約1000sccm，且更佳地50至250sccm。
稀釋氣體，假若採用的話，選自已知的惰性氣體，諸如氦氣、氖氣、氬氣及氙氣。
採用這些製程參數形成SiC膜確保了1：1 ± 0.05的Si：C化學計量，較佳地1：1 ± 0.02(1：1.098 至 1：1.02)，及具小於1原子百分比的氫。進一步，藉由紅外光譜測量之SiC膜在~2080cm -1處的Si-H鍵峰下的積分面積與藉由紅外光譜測量於~730cm- 1處的Si-C鍵峰下的積分面積之比小於約1：50。
在一進一步實施例中，本揭露內容之一態樣有關一種用於生產含有不超過1原子%氫之初沉積SiC：O膜的方法。該方法涉及提供氣相TSCH(或其他如上界定之前驅物)，在沒有載體氣體或稀釋氣體下，進入含有如上所述處於約600°C至約1000°C(較佳地約700°C至約850°C)之一加熱基板的沉積室之反應區，並同時向沉積室的反應區引入含氧氣體，在作為共反應物之反應性含氧氣體存在下，使得TSCH在基板表面上發生吸附及分解，在基板表面上形成一層 SiC：O。與稀釋惰性非反應性氣體一起提供該氣相前驅物亦在本揭露內容之發明範圍內，因為這可能提供實際優勢或便利，但是稀釋氣體係非要求的。分解過程產生初沉積、無氫SiC：O膜，即含有不超過1原子%氫的膜。
TSCH或其他前驅物的源溫度維持在約-25至約75°C，更佳地約0至約25°C，並且沉積室中TSCH的蒸氣分壓維持在反應區總壓力之約10%至約100%，更佳地在反應區總壓力之約50%至約90%。含氧氣體共反應物流速設定為實現在反應區中碳矽烷前驅物之約1%至約25%的相應蒸氣分壓，且更佳地該碳矽烷前驅物之約5%至約10%。基板沉積溫度維持在約600℃至約1000℃，且更佳地約700至約850℃。反應區(沉積室)中的總壓力，亦稱為工作壓力，維持在約0.1托至約760托，且更佳地0.2托至10托。還有，稀釋氣體流速(假若採用)維持在約10至約1000sccm，且更佳地50至250sccm。
稀釋氣體，假若採用的話，選自已知的惰性氣體，諸如氦氣、氖氣、氬氣及氙氣。含氧氣體共反應物選自由氧氣、水、臭氧、一氧化二氮及本技藝已知的其他典型含氧反應物所組成之群組。
或者，該初沉積SiC膜可能隨後原位處理(從沉積室中取出之前)或異位處理(藉由將它們從沉積室中移出並將它們放入爐子或退火室中)，藉由曝露於含氧源以形成SiC：O膜。
用氘原子代替與前驅物中之矽原子鍵結的部分或全部氫原子亦在本揭露內容之發明範圍內。這提供了消除與2000-2260cm -1範圍內之Si-H鍵紅外吸收相關聯的取代缺陷的優勢，且甚至進一步降低了間隙缺陷(假若它們存在)的總體濃度，因為氘比氫對造成非晶矽及碳化矽系統中與氫相關聯的錯位具有較小的傾向。在三矽雜環己烷的情況下，所有六個氫原子都被氘原子取代。此化合物可藉由利用氘化鋰鋁還原六烷氧基三矽雜環己烷中間體而輕易地產生。作為另一實例，三矽戊烷中與矽鍵結的八個氫原子可以以類似的方式用氘替代。
現在將結合下列非限制性實例來說明本發明。這些實例描述在Si 基板上自TSCH(1,3,5-三矽雜環己烷)沉積具有極低水平缺陷及氫的化學計量SiC膜。 實例1：識別優化的製程窗口
使用表I中總結的製程參數，藉由在Si基板上分解TSCH(1,3,5-三矽雜環己烷)來生產六種化學計量的SiC膜。 表I.以TSCH作為源前驅物生產SiC的製程參數
運行 前驅物源溫度 ( oC) 前驅物流速 (sccm) 基板溫度 ( oC) 壓力(真空) (托) 稀釋氣體(Ar)流速(sccm) 反應區中前驅物分壓 (托) 膜厚度 (nm)
1 50 oC 1 800 0.50 200 0.40 65
2 50 oC 1 850 0.50 200 0.40 89
3 50 oC 1 850 0.50 200 0.40 32
4 50 oC 1 825 0.50 200 0.40 36
5 50 oC 1 800 0.50 200 0.40 37
6 50 oC 1 850 0.50 100 0.45 120
藉由X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉轉換紅外光譜儀(FTIR)及光致發光(PL)測量分析所得膜。
藉由XPS深度量變曲線分析對在850 oC基板溫度下生長的初沉積SiC膜評估SiC膜中Si及C濃度與穿透深度的關係圖，如圖1及圖2所示。上文第 2、3及6次運行獲得了類似的數據，證明了沉積方法的穩固性。該數據證明貫穿該膜一致的1：1之Si：C原子比，精度為 1：0.98 至 1：1.02，證明該等膜為化學計量的。對於在800 oC下沉積之SiC膜，Si2p束縛能的高解析XPS光譜係展示於圖8中；第1次及第5次兩次運行(不同的膜厚度)給出了相同的XPS光譜。100.3eV的Si2p束縛能位置證實該化學鍵對應於Si-C(標準使用：3C-SiC)。
FTIR分析顯示如下：(i)如圖3所示，在800cm -1附近觀察到單一個強吸收峰，其對應於晶形SiC中的Si-C伸縮模式。在1000°C下退火1小時後，FTIR峰的FWHM從62.0減小至49.8cm -1，表明由於退火的結晶度增加。(ii)如圖4所示，FTIR峰之FWHM隨沉積溫度增加而減小，暗示沉積結晶度隨沉積溫度升高而增加。 實例2：製程參數及前驅物化學的調查
藉由在Si基板上分解TSCH(1,3,5-三矽雜環己烷)生產了十種本發明之化學計量SiC膜，並藉由在Si基板上分解作為前驅物之TMDSB(1,1,3,3-四甲基-1,3-二矽雜環丁烷)生產兩種比較SiC膜(運行7及14)作為對照。製程參數總結在下表II中。 表II.用於生產本發明及比較SiC膜的製程參數
運行 前驅物源溫度( oC) 前驅物 前驅物流速(sccm) 基板溫度( oC) 壓力(真空)(托) 稀釋氣體(Ar)流速 (sccm) 反應區中前驅物分壓(托)
7 50 oC TMDSB作為對照或基線 10 800 1 400 0.40
8 50 oC TSCH 1 400 1 200 0.40
9 50 oC TSCH 1 450 1 200 0.40
10 50 oC TSCH 1 500 1 200 0.40
11 50 oC TSCH 1 550 1 200 0.40
12 50 oC TSCH 1 600 0.2 200 0.15
13 50 oC TSCH 1 650 0.2 200 0.15
14 50 oC TMDSB作為對照或基線 10 800 1.5 400 0.15
15 50 oC TSCH 1 700 0.2 200 0.15
16 50 oC TSCH 1 750 0.2 200 0.15
17 50 oC TSCH 1 800 0.2 200 0.15
18 50 oC TSCH 1 850 0.2 200 0.15
*(1,1,3,3-四甲基-1,3-二矽雜環丁烷)
圖5展示了使用基線源前驅物作為對照沉積的退火後SiC膜與使用TSCH作為前驅物的初沉積SiC膜之間的結晶度程度之比較。FTIR光譜顯示，使用TSCH前驅物的初沉積SiC膜展現出如自基線Si源前驅物沉積之SiC膜在1100 oC下退火後相同的100%結晶度。要注意的是，對於基線前驅物TMDSB，低於800°C時沒有發生沉積，並且來自比較材料之初沉積SiC併入高水平的H(超過11at%)及缺陷。
圖6顯示了使用基線TMDSB對照前驅物沉積的SiC膜及使用TSCH 作為前驅物之SiC膜的光致發光(PL)測量。可看出的是，使用TSCH作為前驅物的SiC膜展現可忽略不計的PL強度，表明相較於使用基線(TMDSB)Si源前驅物沉積的SiC膜，一顯著降低的缺陷密度。
圖7為TMDSB對照及TSCH發明樣品之SiC FTIR峰的FWHM及峰位置作為基板溫度函數之曲線圖。隨著基板溫度升高，FWHM越小及峰位置越紅移，表明在較高的沉積溫度下一較高的結晶度。
還有，圖8顯示了在0.2托下作為沈積溫度函數的生長速率。在850°C觀察到的最高生長速率為2.23nm/s。如所預期，由於可用於前驅物分解反應的熱能降低，生長速率隨著較低的基板溫度而減小。
作為基板溫度函數之SiC樣品的代表性原子力顯微鏡(AFM)顯微照片係測量了(未顯示)。均方根(rms)表面粗糙度隨著較高的基板溫度而增加。此結果為預期的且歸因於隨著較高基板溫度而增加的結晶度。
800°C、700°C及650°C基板溫度之掃描式電子顯微鏡(SEM)結果(未顯示)在rms表面粗糙度方面(隨著較高的基板溫度而增加)與AFM數據顯示良好的相關性。
由橢偏儀測定SiC膜於500nm波長處之折射率(n)及吸收係數(a)值與沈積溫度的關係繪製在圖 9 中；n值用圓圈代表，而a值用三角形代表。對於所有沉積溫度，折射率n在2.9及2.7之間變化，這與 3C-SiC 的參照值(2.7)一致，表明一化學計量SiC相。
再者，圖10顯示了於 650°C下自TSCH生長之SiC與對照TMDSB SiC樣品之吸收係數的比較。TSCH SiC膜在可見光範圍內的吸收率顯示一急遽的下降，與在整個能量範圍內展現高吸收率的對照SiC樣品形成鮮明對比。這清楚地證明，相對於對照SiC樣品，於650°C下自TSCH生長的SiC一顯著較低的缺陷密度。
最後，圖11(a)描繪了在3種不同溫度(650°C、700°C及800°C)下沉積之本發明SiC樣品自500至3000cm -1擴展波數範圍的FTIR光譜。FTIR光譜顯示如下：(i)800cm -1附近的單一高強度吸收峰對應於晶形SiC中的Si-C伸縮模式；及(ii)在2090cm -1附近之一極小的吸收峰，對應於在650°C下生長之樣品的Si-H伸縮模式。對於在700°C及800°C下沉積的樣品，Si-H峰降低到低於背景訊號，表明SiC樣品中的H低於FTIR的檢測極限。圖11(b)為2090cm -1附近吸收峰的放大版本，對應於Si-H伸縮模式，以給予Si-H峰大小一更好的視角。
熟習本項技藝者將體會的是，在不背離其廣泛的發明構思下，可以對上述實施例作改變。 所以，應當理解的是，本發明不限於所揭露的特定實施例，而是意欲涵蓋在由隨附申請專利範圍所界定之本發明的精神及範圍內的修改。
無
當聯合隨附圖式閱讀時，以下本發明較佳實施例之詳細說明將更好地理解。為了例示本發明之目的，在圖式中顯示了目前較佳的實施例。然而，應理解的是，本發明不限於所示的精確配置及手段。在該等圖式中：
圖1為根據本揭露內容之一實施例，對於在850℃下沉積之膜，Si及C濃度與SiC中穿透深度的代表性XPS量變曲線，顯示範圍落在1：0.98至1：1.02(名義上是 1：1)之Si：C原子比；
圖2為根據本揭露內容之一實施例，對於在850℃下沉積之膜，SiC中Si2p束縛能的代表性高解析XPS光譜，對應於化學計量的Si：C；
圖3為根據本揭露內容之一實施例，對於在850℃下沉積及在1000℃下退火的SiC，FTIR吸收係數對波數的曲線圖；
圖4為根據本揭露內容之一實施例，作為沈積溫度之函數，SiC在FTIR峰處之FWHM的曲線圖；
圖5描繪了根據本揭露內容之一實施例使用TSCH作為Si前驅物的初沉積SiC膜與使用基線(對照)Si源前驅物沉積的退火後的SiC膜之FTIR常態化吸收係數；
圖6描繪了根據本揭露內容之一實施例使用TSCH作為Si前驅物的初沉積SiC膜與使用基線(對照)Si源前驅物沉積的SiC膜之光致發光(PL)測量；
圖7描繪了作為基板溫度之函數，根據本揭露內容之一實施例SiC材料的SiC FTIR峰的FWHM及峰位置，及一TMDSB對照組；
圖8為作為沉積溫度之函數，根據本揭露內容之實施例於0.2托下SiC薄膜之生長速率曲線圖；
圖9繪製了根據本揭露內容之實施例，由橢偏儀測定之SiC薄膜在500nm波長處的折射率(n)及吸收係數(a)值與基板溫度的關係圖；
圖10為根據本揭露內容之一實施例，在650℃下自TSCH生長之SiC與對照(TMDSB)SiC樣品之吸收係數的曲線圖；
圖11(a)為根據本揭露內容之實施例在三種不同沉積溫度(650℃、700℃及800℃)下沉積的SiC樣品自500至3000cm -1擴展波數範圍之FTIR光譜；及
圖11(b)為圖11(a)中2090cm -1附近吸收峰的放大版本，對應於Si-H伸縮模式，以給予Si-H峰大小一更好的視角。

Claims (20)

  1. 一種用於在沉積室之反應區中基板上生產含不超過1原子%氫之初沉積SiC薄膜的方法，該方法包含： 在沉積室之反應區提供一基板； 將基板加熱至約600°C至約1000°C的溫度；及 提供包含矽烴之前驅物，其中每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有該基板之反應區中；及 其中，藉由該前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC； 其中該吸附及分解發生在基板表面上，而不存在任何其他反應性化學物種或共反應物。
  2. 如請求項1之方法，其中該基板包含矽、氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮化鎵、鈷、釕、銅、鉑、鈦、氮化鈦、鉭或氮化鉭。
  3. 如請求項1或2中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽戊烷；1,3,5,7-四矽壬烷；三環[3.3.1.13,7]戊矽烷；1,3-二矽雜環丁烷；1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)；或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該SiC薄膜具有約1：0.98至1：1.02的Si：C原子比。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中藉由紅外光譜測量的SiC膜在~2080cm -1處的Si-H鍵峰下的積分面積與藉由紅外光譜測量於~730cm- 1處的Si-C鍵峰下的積分面積之比小於約1：50。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該基板係加熱到約700°C至約850°C的溫度。
  8. 一種用於在沉積室之反應區中基板上生產含不超過0.2原子%氫之初沉積SiC薄膜的方法，該方法包含： 在沉積室之反應區提供一基板； 將基板加熱至約700°C至約1000°C的溫度；及 提供包含矽烴之前驅物，其中每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有該基板的反應區中； 其中，藉由該前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC； 其中該吸附及分解發生在基板表面上，而不存在任何其他反應性化學物種或共反應物。
  9. 如請求項8之方法，其中該基板包含矽、氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮化鎵、鈷、釕、銅、鉑、鈦、氮化鈦、鉭或氮化鉭。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽戊烷；1,3,5,7-四矽壬烷；三環[3.3.1.13,7]戊矽烷；1,3-二矽雜環丁烷；1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)；或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中該SiC薄膜具有約1：0.98至1：1.02的Si：C原子比。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中藉由紅外光譜測量的SiC膜在~2080cm -1處的Si-H鍵峰下的積分面積與藉由紅外光譜測量於~730cm- 1處的Si-C鍵峰下的積分面積之比小於約1：50。
  14. 如請求項1至13中任一項之方法，其中該基板係加熱到約700°C至約850°C的溫度。
  15. 一種用於在沉積室之反應區中基板上生產含不超過1原子%氫之初沉積SiC：O薄膜的方法，該方法包含： 在沉積室之反應區提供一基板； 將基板加熱至約600°C至約1000°C的溫度； 提供包含矽烴之前驅物，其中每個碳原子與兩個矽原子鍵結，每個矽原子另外與二或更多個氫原子鍵結，在沒有載體氣體下以氣相進入含有該基板的反應區中；及 同時向含有基板的反應區提供一共反應物反應性含氧氣體； 其中，藉由該前驅物的吸附及分解，在基板表面形成一層SiC：O。
  16. 如請求項15之方法，其中該基板包含矽、氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮化鎵、鈷、釕、銅、鉑、鈦、氮化鈦、鉭或氮化鉭。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽戊烷；1,3,5,7-四矽壬烷；三環[3.3.1.13,7]戊矽烷；1,3-二矽雜環丁烷；1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)；或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其中該前驅物包含1,3,5-三矽雜環己烷(TSCH)或1,3,5,7-四矽雜環辛烷。
  19. 如請求項1至18中任一項之方法，其中該基板係加熱到約700°C至約850°C的溫度。
  20. 如請求項1至19中任一項之方法，其中該含氧氣體包含氧氣、水、臭氧及/或一氧化二氮。
TW110136312A 2020-09-30 2021-09-29 碳化矽薄膜及其氣相沉積方法 TWI824306B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063085617P 2020-09-30 2020-09-30
US63/085,617 2020-09-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202229599A true TW202229599A (zh) 2022-08-01
TWI824306B TWI824306B (zh) 2023-12-01

Family

ID=78302973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110136312A TWI824306B (zh) 2020-09-30 2021-09-29 碳化矽薄膜及其氣相沉積方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11987882B2 (zh)
EP (1) EP4222293A1 (zh)
JP (1) JP2023543862A (zh)
KR (1) KR20230074565A (zh)
CN (1) CN116234940A (zh)
TW (1) TWI824306B (zh)
WO (1) WO2022072258A1 (zh)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5011706A (en) 1989-04-12 1991-04-30 Dow Corning Corporation Method of forming coatings containing amorphous silicon carbide
KR960012710B1 (ko) 1993-10-11 1996-09-24 한국화학연구소 단일 유기규소 화합물을 이용한 탄화규소 막의 제조
KR20130135261A (ko) 2010-11-03 2013-12-10 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 실리콘 카바이드 및 실리콘 카보나이트라이드 막들을 증착하기 위한 장치 및 방법들
US20130217239A1 (en) 2011-09-09 2013-08-22 Applied Materials, Inc. Flowable silicon-and-carbon-containing layers for semiconductor processing
TW201319299A (zh) 2011-09-13 2013-05-16 Applied Materials Inc 用於低溫電漿輔助沉積的活化矽前驅物
US8753985B2 (en) 2012-01-17 2014-06-17 Applied Materials, Inc. Molecular layer deposition of silicon carbide
US10519544B2 (en) * 2017-08-24 2019-12-31 United Technologies Corporation Method for enabling optimized material deposition
US20190376178A1 (en) 2018-06-11 2019-12-12 Versum Materials Us, Llc Compositions and Methods Using Same for Deposition of Silicon-Containing Film
US20200071819A1 (en) 2018-08-29 2020-03-05 Versum Materials Us, Llc Methods For Making Silicon Containing Films That Have High Carbon Content

Also Published As

Publication number Publication date
CN116234940A (zh) 2023-06-06
KR20230074565A (ko) 2023-05-30
WO2022072258A1 (en) 2022-04-07
US20220098732A1 (en) 2022-03-31
US11987882B2 (en) 2024-05-21
EP4222293A1 (en) 2023-08-09
JP2023543862A (ja) 2023-10-18
TWI824306B (zh) 2023-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kaloyeros et al. Silicon nitride and silicon nitride-rich thin film technologies: trends in deposition techniques and related applications
Das et al. Photoluminescent silicon quantum dots in core/shell configuration: synthesis by low temperature and spontaneous plasma processing
US20140234200A1 (en) Growth of graphene films from non-gaseous carbon sources
JP2002050579A (ja) 半導体基板の製造方法及びその使用
US9816203B2 (en) Crystalline strontium titanate and methods of forming the same
JP2017521339A (ja) 化学堆積による一貫したグラフェン成長のための基板前処理
WO2019246061A1 (en) Silicon compounds and methods for depositing films using same
Esposito et al. Annealing effects on PECVD-grown Si rich aSiNx thin films
Ali Origin of photoluminescence in nanocrystalline Si: H films
TWI824306B (zh) 碳化矽薄膜及其氣相沉積方法
Benyahia et al. Evolution of optical and structural properties of silicon nanocrystals embedded in silicon nitride films with annealing temperature
EP3997729A1 (en) Silicon compounds and methods for depositing films using same
Coyopol et al. Optical and structural properties of silicon nanocrystals embedded in SiOx matrix obtained by HWCVD
Komura et al. Film properties of nanocrystalline 3C–SiC thin films deposited on glass substrates by hot-wire chemical vapor deposition using CH4 as a carbon source
KR20230016215A (ko) N-알킬 치환된 퍼하이드리도사이클로트리실라잔으로부터의 실리콘-기반 박막
CN110323126B (zh) 一种Si/SiC/石墨烯材料的制备方法
JP2021177550A (ja) シリコン前駆体およびこれを用いたシリコン含有薄膜の製造方法
León-Guillén et al. Experimental Study of the Influence of CH4 and H2 on the Conformation, Chemical Composition, and Luminescence of Silicon Quantum Dots Inlaid in Silicon Carbide Thin Films Grown by Remote Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition
Yuan et al. Ozone Assisted ALD of Doped ZnO as a Transparent Metal
WO2009123926A1 (en) Selective deposition of sige layers from single source of si-ge hydrides
Fedotov et al. Temperature dependence of silicon on sapphire quality
Zhang et al. Silicon‐based narrow‐bandgap thin‐film semiconductor materials: polycrystalline SiGe prepared by reactive thermal CVD
Ermakova et al. Carbon‐rich plasma‐deposited silicon oxycarbonitride films derived from 4‐(trimethylsilyl) morpholine as novel single‐source precursor
Leervad Pedersen et al. Synthesis of crystalline Ge nanoclusters in PE-CVD-deposited SiO 2 films
Jeon et al. Properties of diamond films with various thicknesses synthesized by using the microwave PECVD method