[发明专利]制备碳化硅层的方法

说明书

本发明涉及一种通过含有碳和硅的溶液或分散体生产碳化硅薄层的方法。

技术领域

本发明涉及半导体技术的技术领域。特别地，本发明涉及用于生产碳化硅薄层的方法。

此外，本发明涉及用于生产碳化硅薄层的组合物，特别是碳化硅前驱体溶胶。

最后，本发明涉及碳化硅薄层。

背景技术

碳化硅(化学式为SiC)是半导体技术和陶瓷材料生产中非常有趣且用途广泛的材料。由于其高硬度和高熔点，碳化硅(也称为金刚砂)通常在高温反应器中用作研磨剂或绝缘体。另外，碳化硅与许多元素和化合物形成合金或类合金化合物，这些元素和化合物具有各种有利的材料特性，例如具有高硬度，高电阻，低重量，并且即使在高温下也对氧化具有低敏感性。

然而，特别重要的是半导体应用，因为碳化硅在机械和热方面具有极高的抵抗力，并且可以通过适当的掺杂使电学性能适合于各自的应用。虽然纯碳化硅是绝缘体，但是由于其良好的导热性，它适合用作半导体结构的衬底。通过适当的掺杂，尤其是利用硼、铝、氮和磷元素，可以提供出色的半导体材料，其可以在最高约500℃的温度下使用。

对于半导体应用，通常需要单晶碳化硅结构，特别是单晶碳化硅的薄层。尽管目前已知有多种方法可以生产碳化硅薄层，但这些方法通常非常复杂且成本高昂，因此，碳化硅在半导体技术中的使用仅限于少数特殊应用。

DE 27 27 557 A1描述了一种在单晶硅衬底上形成单晶碳化硅的方法，其中至少一部分单晶硅衬底通过在氢氟酸水溶液中进行阳极处理而转化为多孔硅。将所得结构在包含烃气体的气氛中加热至1050℃至1250℃范围内的温度，以便多孔硅与气体部分反应形成单晶碳化硅层和覆盖该单晶碳化硅层的多晶碳化硅层。

科学出版物，“N.Singh、K.Singh、A.Pandey和D.Kaur的“Improved electricaltransport properties in high quality nanocrystalline silicon carbide(nc-SiC)thin films for microelectronic applications”，Materials Letters，164，2016年，28至31页”，涉及通过溅射施加的纳米晶体碳化硅薄层的生产。

此外，科学出版物，H.Shen，T.Wu，Y.Pan，L.Zhang，B.Cheng和Z.Yue，“Structuraland optical properties of nc-3C-SiC films synthesized by hot wire chemicalvapor deposition from SiH₄-C₂H₂-H₂ mixture”，Thin Solid Films，522，2012，第36至39页，涉及通过CVD方法(化学气相沉积)沉积纳米晶体碳化硅膜。

然而，上述方法都是非常复杂的，并且如果要生产具有少量缺陷的目标碳化硅层，则只能用于成本非常高的晶体衬底上。

WO 96/24709 A1描述了一种制备单晶碳化硅薄层的方法，其中待涂覆的衬底被含碳的聚硅烷覆盖。粘附层在惰性气体下热解，并且通过保持高于700℃的高温使由此产生的非晶碳化硅层结晶。所描述的方法代表了先前描述的方法的一种先进发展，因为可以在短时间内生产相对较厚的层，但是相应的聚硅烷的生产非常复杂，并且仅结晶衬底可以用作衬底。

特别地，仅结晶衬底的使用是有问题的，因为要在其上生产碳化硅层的单晶衬底的制造成本很高，并且衬底的材料成本远远超过了执行实际工艺的成本。如果衬底不被重复使用而是仅在碳化硅层的生产中用作载体材料，则这是特别不利的。

因此，现有技术仍然缺乏用于生产含单晶碳化硅的层或含单晶碳化硅的主体的简单且成本有效的方法。

发明内容