專利名稱：單晶碳化硅薄膜的制造方法及制造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單晶碳化硅制造方法以及制造設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)由于單晶碳化硅(SiC)不僅具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，而且機械強度和耐射線輻射性優(yōu)良，作為用于下一代半導體器件材料的氮化鎵外延生長用的基材以及光發(fā)射器件的基材，一直引起人們的注意。
對這樣的單晶碳化硅薄膜的制造方法，有使用碳化硅晶種的升華重結(jié)晶法、等離子體CVD法等成為主要方法。
然而，傳統(tǒng)的升華重結(jié)晶法除了必須有高純度碳化硅晶種外還要求在1700℃左右的超高溫過程。而在等離子體CVD法中，要求成膜室在成膜過程中保持高真空。即，兩種方法在成本和時間上都存在相當?shù)膯栴}。而且，這些傳統(tǒng)方法很難滿足制造大直徑的要求。
本發(fā)明考慮上述情況，目的是提供能經(jīng)濟和方便制造單晶碳化硅薄膜的方法以及制造設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的單晶碳化硅薄膜制造方法是，通過在成膜室固定用于成膜的SOI(絕緣體上硅(silicon-on-insulator))基材并將成膜室的溫度升高至1200-1405℃，同時通入氫氣還通入烴基氣體進行化學反應，烴氣體與氫氣的比例保持在1-5％(體積)，將在成膜用的SOI基材表面的硅層轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉蓟璞∧ぁ?br> 本發(fā)明制造單晶碳化硅的設(shè)備包括適于接受成膜用的SOI基材的成膜室、向成膜室提供制造單晶碳化硅薄膜所需的各種氣體的供氣裝置、處理供給成膜室氣體的氣體處理裝置、和控制成膜室溫度的溫控裝置。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方案的單晶碳化硅薄膜制造設(shè)備的示意圖。其中的編號代表下列部件。
100 用于成膜的SOI基材200 成膜室300 供氣裝置400 溫控裝置500 氣體處理裝置實施本發(fā)明的最佳方式圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方案制造單晶碳化硅薄膜設(shè)備的示意圖。
本發(fā)明制造單晶碳化硅薄膜的設(shè)備包括適于接受成膜用的SOI基材100的成膜室200、向成膜室200提供制造單晶碳化硅薄膜所需的各種氣體G1-G4的供氣裝置300、處理供給成膜室200氣體G1-G4的氣體處理裝置500、和控制成膜室200溫度的溫控裝置400。
成膜室200由碳化硅構(gòu)成，在其內(nèi)部有一基材固定器210，適于固定成膜用的SOI基材。基材固定器210也是由碳化硅構(gòu)成。
作為溫控制裝置400的加熱器設(shè)置在成膜室200的周圍。向加熱器提供電能，來控制成膜室200內(nèi)部的室溫。
構(gòu)成供氣裝置300的部分的供氣管310連接到成膜室200。供氣管310連接到四個氣體鋼瓶320A、320B、320C和320D，構(gòu)成供氣裝置300的幾個部分。供氣管310配備有切換閥330，以切換供給成膜室200的氣體。氣體鋼瓶320A充入氬氣作為惰性氣體G1，氣體鋼瓶320B充入丙烷氣體作為烴基氣體G2，氣體鋼瓶320C充入氫氣作為載氣G3，而氣體鋼瓶320D充入氧氣G4。
構(gòu)成氣體處理裝置500的一部分的氣體排放管510在上述成膜室200中形成。在氣體排放管510中設(shè)置為氣體處理裝置500的結(jié)構(gòu)單元的燃燒器520。排放的氣體由燃燒器520燃燒，因此可安全地進行處理。
在供氣管310和排放氣體管510之間安裝上述基材固定器210，使用于成膜的SOI基材100確實暴露在供給成膜室200的氣體中。
由這樣方式構(gòu)造的單晶碳化硅薄膜制造設(shè)備來制造單晶碳化硅薄膜的方法如下。
即，單晶碳化硅薄膜制造方法是，通過將用于成膜的SOI基材100固定在成膜室200，提高成膜室200的溫度至1270℃，同時通入作為載氣G3的氫氣和作為烴基氣體G2的烴基氣體，G2與G3的比例為1％(體積)，將在上述用于成膜的SOI基材100表面上的硅層轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉蓟璞∧ぁ?br> 例如，如果作為載氣G3的氫氣供給量為1000毫升/分鐘，作為烴基氣體G2的丙烷供給量為10毫升/分鐘。
作為載氣G3的氫氣和作為烴基氣體G2的丙烷氣體通過上述氣體供應管310通入成膜室200內(nèi)部，并通過氣體排放管510通入燃燒器520進行燃燒。結(jié)果，防止作為載氣G3的氫氣和作為烴基氣體G2的丙烷氣體從成膜室200排出。
當成膜室內(nèi)部室溫提高到1270℃時，而作為烴基氣體G2的丙烷氣體供給成膜室200，在SOI基材100表面上形成極薄和低溫碳化硅緩沖層，直到成膜室200內(nèi)部室溫達到1270℃。
加熱期間形成薄的低溫碳化硅緩沖層之后，成膜室200內(nèi)部室溫達到1270℃。此時，用于成膜的SOI基材100表面上的硅和通過作為烴基氣體G2的丙烷氣體分解產(chǎn)生的碳反應，形成單晶碳化硅薄膜。
通過上述薄的低溫碳化硅緩沖層的生長，可改善了單晶碳化硅薄膜形成之后的用于成膜的SOI基材100的表面粗糙度。
如果形成上述單晶碳化硅薄膜的反應進行足夠的時間，用于成膜的SOI基材100表面上的硅層完全轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉蓟璞∧ぁＩ鲜龇磻欠襁M行得充分，可根據(jù)反應后供給SOI基材100表面的過量碳是否沉積為薄膜(碳薄膜)而確定。
此時，通過下面的方法除去用于成膜的SOI基材100表面上沉積的過量碳薄膜。
即，上述反應之后，在成膜室200內(nèi)，作為烴基氣體G2的丙烷氣體和作為載氣G3的氫氣被作為惰性氣體G1的氬氣取代，同時使用于成膜的SOI基材100冷卻。這種情況下，通過切換供氣裝置300的切換閥330，停止向成膜室200供應作為烴基氣體G2的丙烷氣體和作為載氣G3的氫氣，但同時供應作為惰性氣體G1的氬氣。當用于成膜的SOI基材100溫度下降到約650℃時，氧氣G4以預定比例和作為惰性氣體G1的氬氣混合，對碳薄膜進行蝕刻。進行碳薄膜蝕刻期間，用于成膜的SOI基材100溫度保持在約650℃。
更具體而言，如果氧氣G4的供給量為100毫升/分鐘，作為惰性氣體G1的氬氣供應量為1000毫升/分鐘。而且在約650℃的加熱時間為幾分鐘至幾小時。
保持這樣的條件，在用于成膜的SOI基材100表面上的碳薄膜發(fā)生化學反應；；轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸細怏w。二氧化碳氣體通過排放管510從成膜室200排出。
一旦完成上述反應，即用于成膜的SOI基材100表面上的碳薄膜化學反應轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸細怏w，就停止供應氧氣G4，在作為惰性氣體G1的氬氣氣氛下進行冷卻。
上述冷卻過程中，通過使用氧氣G4進行蝕刻，可以除去在用于成膜的SOI基材100表面上形成的碳薄膜，因此，過量的碳薄膜可在一系列步驟中除去。
上述實施方案中，制造的單晶碳化硅薄膜厚度等于在用于成膜的SOI基材100表面上的硅層厚度。因此，通過控制在用于成膜的SOI基材100表面上的硅層厚度，能高精度地獲得任意厚度的單晶碳化硅薄膜。
在上述實施方案中，氬氣用作惰性氣體G1，但是可以使用其它惰性氣體。不過從成本考慮，目前氬氣具有最經(jīng)濟易得的優(yōu)點。將惰性氣體G1供給成膜室200時，由于在用于成膜的SOI基材100表面上已經(jīng)形成單晶碳化硅薄膜，不必考慮由于氬氣中包含的雜質(zhì)產(chǎn)生的凹坑，因此，不要求使用的惰性氣體G1為高成本高純度，結(jié)果在大量生產(chǎn)的情況下具有成本優(yōu)勢。
而且，盡管使用丙烷氣體作為烴基氣體G2，可以使用其它烴基氣體如甲烷氣體、乙烯氣體、丁烷氣體等。從成本考慮，目前丙烷氣體具有最經(jīng)濟易得的優(yōu)點。與甲烷氣體和乙烯氣體相比，丙烷氣體碳原子含量高，從制造單晶碳化硅薄膜的效率考慮為最好。
盡管在通入烴基氣體G2同時調(diào)節(jié)與作為載氣G3的氫氣的比例為1％(體積)，由于成膜室的內(nèi)部室溫提高到1270℃，由實驗確定通入的烴基氣體G2與作為載氣G3的比例范圍在1-5％(體積)，并且成膜室的內(nèi)部室溫可提高到1200-1405℃。
發(fā)明效果本發(fā)明的單晶碳化硅薄膜制造方法是，通過將用于成膜的SOI基材固定在成膜室并且提高該室內(nèi)部的室溫至1200-1405℃，同時通入氫氣和烴基氣體，并保持烴基氣體與氫氣比例為1-5％(體積)下進行化學反應，將在用于成膜的SOI基材表面上的硅層轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉蓟璞∧ぁ?br> 和常規(guī)方法不同，根據(jù)這種制造方法可以制造單晶碳化硅薄膜，不要求成膜室內(nèi)部為真空狀態(tài)。因此，通過這種制造單晶碳化硅薄膜的方法，可以簡化制造步驟，因此該方法有助于成本下降。而且，和常規(guī)的成膜不同，不必制備碳化硅晶種，能夠使用現(xiàn)有的SOI基材，因此這種方法能有助于擴大直徑并且降低成本。
通過將該化學反應進行至過度，使碳薄膜沉積在所獲得的單晶碳化硅薄膜上，在用于成膜的SOI基材表面上的硅與分解作為烴基氣體的丙烷氣體產(chǎn)生的碳反應，并由此判斷單晶碳化硅薄膜是否形成，而且可以通過在惰性氣體和氧氣以預定比例混合的氣氛中加熱用于成膜的SOI基材至550℃或更高溫度進行蝕刻，來除去碳薄膜。
以這種方式，在冷卻用于成膜的SOI基材的過程中，沉積在單晶碳化硅薄膜上的過量碳薄膜通過蝕刻被除去。因此，尤其對于碳薄膜不用增加特殊的除去步驟，就可除去過量的碳薄膜。
而且，本發(fā)明制造單晶碳化硅薄膜的設(shè)備包括適于接受成膜用的SOI基材的成膜室、向成膜室提供制造單晶碳化硅薄膜所需的各種氣體的供氣裝置、用于處理供給成膜室的氣體的氣體處理裝置、控制成膜室溫度的溫控裝置。
因此，這種制造單晶碳化硅薄膜的設(shè)備能夠方便地實施上述單晶碳化硅薄膜的制造方法。而且，由于該設(shè)備包括氣體處理裝置，因此能夠安全處理廢氣。
權(quán)利要求
1.一種制造單晶碳化硅薄膜的方法，所述方法通過化學反應將用于成膜的SOI基材表面上的硅層轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉蓟璞∧碇圃靻尉蓟璞∧?，所述的方法包括下列步驟將所述用于形成薄膜的SOI基材固定在成膜室中，增加成膜室內(nèi)部的室溫至1200-1405℃，同時通入氫氣和烴基氣體，烴基氣體與氫氣的比例保持在1-5％體積。
2.如權(quán)利要求1所述的制造單晶碳化硅薄膜的方法，其特征在于所述化學反應在常壓下進行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造單晶碳化硅薄膜的方法，其特征在于所述化學反應進行到過度，直到碳薄膜沉積在所獲得的單晶碳化硅薄膜上。
4.如權(quán)利要求3所述的制造單晶碳化硅薄膜的方法，其特征在于通過在惰性氣體和氧氣以預定比例混合的氣氛中加熱所述成膜用的SOI基材至550℃或更高溫度進行蝕刻，來除去過量沉積在所述單晶碳化硅薄膜上的碳薄膜。
5.一種制造單晶碳化硅薄膜的設(shè)備，所述設(shè)備包括適于容納成膜用的SOI基材的成膜室、用于向所述成膜室提供制造單晶碳化硅薄膜所需的各種氣體的供氣裝置、用于處理供給所述成膜室的氣體的氣體處理裝置、控制所述成膜室溫度的溫控裝置。
全文摘要
一種制造單晶碳化硅薄膜的設(shè)備，包括適于接受成膜用的SOI基材100的成膜室200、向成膜室200提供制造單晶碳化硅薄膜所需的各種氣體G1－G4的供氣裝置300、用于處理供給成膜室200的作為惰性氣體G1的氬氣、作為烴基氣體G2的丙烷氣體、作為載氣G3的氫氣和氧氣G4的氣體處理裝置500和控制成膜室200溫度的溫控裝置400。
文檔編號C30B25/02GK1393907SQ0212281
公開日2003年1月29日 申請日期2002年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月6日
發(fā)明者泉勝俊, 中尾基, 大林義昭, 峯啓治, 條邉文彥 申請人:大阪府, 星電器制造株式會社