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VLS机理生长硅碳棒的表面台阶结构

2022-02-14 11:22:35     点击:

    为了更加清晰地反映出VLS机理生长硅碳棒的表面台阶结构,我们进一步采用原子力显微镜观察了VLS自组装工艺生长硅碳棒同质外延薄膜,其结果如图5-7所示,从表面形貌可见:VLS自组装工艺生长硅碳棒同质外延薄膜呈现出表面条纹状起伏;从表面形貌的相位图(如图5-7伪)所示)可以更加清楚的看出硅碳棒表面的台阶状结构特征,表面形貌的线扫描及面扫描分析表明:台阶高度约为15nm薄膜表面的均方根粗糙度约为4.5 nm。综上所述,采用VLS生长机理同质外延的6H-硅碳棒,在薄膜表面有效地封闭了微管。同时,与传统的CVD法,即利用较低的ClSi比抑制微管生长的方法不同,采用VLS机理外延的硅碳棒表面,并没有留下类似于“线形坑”或“螺旋状台阶”结构。然而,生长的薄膜表面常呈现出台阶结构,甚至出现很高的表面台阶(通常称之为台阶集束),不利于硅碳棒半导体器件的研制。因此,我们在VLS机理生长硅碳棒的基础上,提出了“两步法”生长工艺,希望在封闭微管的基础上,提高薄膜的表面平整度。“两步法”同质外延硅碳棒大量的研究表明:利用传统的CVD法外延硅碳棒,即使用较高的C/Si比,保持硅碳棒在富C的状态下生长,虽然不利于在薄膜表面封闭微管,但有利于提高薄膜表面平整度。而通过对VLS机理同质外延硅碳棒的研究,VLS生长机理有利于微管的封闭,但薄膜表面较大的台阶以及台阶集束,严重限制了硅碳棒在半导体器件中的应用。因此,我们提出了“两步法”外延工艺,希望在薄膜表面消除微管的同时,提高薄膜表面平整度,以满足半导体器要求。

    图5一为“两步法”生长工艺示意图:第一步,先采用VLS机理外延硅碳棒,在外延层中消除微管;第二步,采用传统CVD生长工艺,在第一步基础上继续外延生长硅碳棒,改善薄膜表面平整度。两步工艺一次完成,实验条件与前面的VLS和传统CVD生长一致。www.zbqunqiang.cn


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