siC薄膜生长过程中的偏压作用 - 中国管理科学.PDF

第28卷第l期 北京工业大学学报 vo】28Nol 2002年3月 JoL肫qAL 0FBEⅡTNGPoLYlK}跚Cu、1VERs兀Y Mar2002 siC薄膜生长过程中的偏压作用 王玫1，谭利文1，王波1，邹云娟1，严辉1，姚振宇2 (1．北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室，北京100022) (2．中国原子能科学研究院，275(5”信箱，北京102413) 摘要：采用分步偏压溅射法，在s1(100J村底上制备了高质量的sic薄膜．博里叶红外(兀1R)光谱测试表明t 分步偏压法不仅有利于提高siC薄礁的生长速率，同时也有利于sic薄膜的成核生长．通过原子力显徽镜 (AFM)观察到，单一偏压法制备的样品表面有许多的凹坑，而分步偏压法制备的样品表面则没有出现明显的凹 坑．困此．采用分步偏压溅射法不仅可U提高薄膜的生长速率，同时也可以减小对薄膜的离子刻蚀作用，改善薄 膜的质量． 美t词：sic；RF溅射；分步偏压 484l 中田分类号：0 文献标识码：A 文章■号：0254—0037(2002)O卜0107—03 碳化硅(sic)是Ⅳ．Ⅳ族二元化合物．其晶格结构由致密排列的两个亚晶格组成，每个si(或c)原子 力学、热学、电学、光学等方面具有许多优越性质，并使它在许多领域，例如涂层材料，发光材料、微电子材 料等，具有广阔的应用前景．目前制备sic薄膜多采用cvD法和溅射法，cvD法可制得纯度较高、均匀 致密、附着性良好的sic薄膜，但沉积温度较高(1000℃)，且薄膜内存在较大的热应力．溅射法制备 sic薄膜，在衬底温度低于500℃时，一般得到的是非晶碳化硅薄膜，且在沉积过程中存在较强的离子和 电子辐照，容易引起成分变化和结构畸变．导致薄膜中含有c—c、si—si同核键”。21．而采用偏压辅助RF 溅射法，在低温低压下沉积sic薄膜，偏压辅助不仅可以减少薄膜中c—c、s1一si同核键的摩尔分数，而 且可以提高薄膜致密度及薄膜与衬底之问的附着性能．但是，在薄膜的生长过程中过高的村底偏压会造 成离子刻蚀．致使薄膜中的缺陷密度增大，并引起薄膜成分的变化和结构的畸变；同时，还导致薄膜的残余 应力增大，影响薄膜与衬底的粘附性．为了解决这一矛盾，本文采用分步偏压法制备SiC薄膜，即在薄膜 的成核阶段采用高村底偏压，以降低薄膜的形核活化能而有利于sic的形成；而在薄膜的生长阶段则采用 较低的衬底偏压，以提高薄膜的生长速度和改善薄膜的质量．采用兀1R(f-ouierⅡ∞sfcrinfl*red)研究 了薄膜中的基团共振吸收特性，并用AFM(ato嘣cfoKe耐croscope)观察了样品的表面形貌． 1 实验方法 将单面抛光的单晶Si(100)衬底经过严格清洗、烘干后放入射频溅射系统的真空室中．预真空抽到 2．0×10。Pa后充入Ar，在射频功率为1加w、气压为2．OPa、衬底直流偏压为一280V的条件下预溅射 10删n，沉积过程中衬底偏压分别采用单一偏压和分步偏压，单一偏压法衬底偏压分别为一70和一140v； 采用分步偏压法时前20Ⅻn衬底偏压为一140v，后70ITIin衬底偏压为一70v，射频功率为280w，工作气 压为O．8Pa，沉积时间90 ITlin，村底没有附加热源进行加热．利用xi∞c¨ntek兀1R1020型红外谱仪测 收稿日期：2001．03．12． 基金项目：北京市自然科学基金赘助项目(2993002’i教育部优秀年轻教师基金资助项目 作者简介：王玫(1966-)，女．博士生． 万方数据 08 北京工业大学学报 量了薄膜的红外光谱，并采用digitalⅢAFM原子力显微镜分别对采用单一偏压法和分步偏压法制备的样 品的形貌进行了表征． 2结果与讨论 v和采用分步偏压法 图l为3个样品的红外吸收谱，a巾、c3个样品的衬底偏压分别为一70，一140 (前