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目前,對于Si的清洗技術(shù)在國內(nèi)外的研究均己經(jīng)比較成熟,如傳統(tǒng)的濕法清洗己經(jīng)很好的去除所有的表面顆粒、有機(jī)物、自然氧化層等沾污,利用緩沖HF溶液等就可以獲得比較理想的H終結(jié)表面。隨著第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料不斷發(fā)展,其中SiC材料的各種優(yōu)越性使得SiC材料逐漸有取代Si的趨勢。盡管六方晶格結(jié)構(gòu)的4H-SiC與Si在結(jié)晶學(xué)上結(jié)構(gòu)相同,由于表面C原子的存在使得表面化學(xué)性質(zhì)不同,因此Si的清洗技術(shù)并不能完全適用于材料。將SiC片浸泡在HF溶液中,表面會吸附OH,并且在950℃以上的高溫退火后才可以去除表面來自于濕法清洗過程中的氧。另外,濕法清洗后的SiCk表面通常也有CH污染物存在。因此必須尋找更好的的氫鈍化工藝,以獲得結(jié)構(gòu)平整、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的表面。

氫等離子體清洗SiC晶圓表面

最初的SiC表面通常存在一定厚度的污染層，其中包含顆粒(SiO、C-C鍵及其它金屬粒子的污染等)，有機(jī)物，金屬和自然氧化層。而這些污染物的存在嚴(yán)重影響著界面特性，從而影響著SiC基器件的性能。如制備SiC基MOSFET器件過程中，隨著SiO₂薄膜厚度的不斷氧化而增加時，SiO₂/SiC界面會移向襯底。SiC晶片在經(jīng)過傳統(tǒng)的濕法清洗后，表面的有機(jī)物，金屬及一些顆粒等可以很好的被去除掉，然而使用傳統(tǒng)的濕法清洗后，表面仍存在一些碳污染物和氧化物，并且SiC表面有大量的懸掛鍵存在而使其極易被氧化。

等離子體清洗

等離子體是物質(zhì)的一種存在狀態(tài),是物質(zhì)的第四態(tài)。等離子體狀態(tài)中,在電場中加速運動的電子和離子具有很大的動能,等離子體清洗技術(shù)即利用等離子體內(nèi)的各種具有高能量的物質(zhì)的活化作用,將SiC晶圓表面的氧和殘留的碳等雜質(zhì)除去。

等離子體化學(xué)反應(yīng)即在放電氣體中發(fā)生的反應(yīng)。對常溫常壓條件下的氣體通過高溫加速電子加速離子給物質(zhì)以能量,物質(zhì)被解離成陰、陽離子的狀態(tài)。當(dāng)氣體電離生成電子正離子一般在段時間內(nèi)發(fā)生結(jié)合,回到中性分子狀態(tài),這個過程產(chǎn)生的電子、離子的一部分能量以電磁波等不同形式消耗,在分子離解時常生成自由基,生成的電子結(jié)合中性原子,分子形成負(fù)離子。因此,整個等離子體是電子正負(fù)離子激發(fā)態(tài)原子,原子以及自由基的混合狀態(tài)。因為各種化學(xué)反應(yīng)都是在高激發(fā)態(tài)下進(jìn)行的,與經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)完全不同。這樣使等離子體的原子或分子的本性通常都發(fā)生改變,即使是較穩(wěn)定的惰性氣體也會變得具有很強(qiáng)的化學(xué)活潑性。在電場中加速運動的電子和離子具有很大的動能,可以更好的除去表面的氧和殘留的碳等雜質(zhì)。

氫氣做為活潑氣體,其等離子體具有很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性,氫氣等離子體形成的過程如下：

H₂→H₂⁺ +e（式1.1）

H₂→2H^*（式1.2）

H₂ +e→H₂^* +e（式1.3）

H₂ +e→H₂+hv+e（式1.4）

H₂⁺ +e→2H* +e（式1.5）

H₂+e→H+H⁺+2e（式1.6）

式1.1表示氫氣分子在得到外界能量后變成氫氣陽離子,并放出自由電子的過程。式1.2表示氫氣分子在得到外界能量后分解形成兩個氫原子自由基的過程。式1.3表示氫氣分子在具有高能量的激發(fā)態(tài)自由電子作用下轉(zhuǎn)變成激發(fā)態(tài)。式1.4-1.5則表示激發(fā)態(tài)的氫氣分子進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變,式1.4中,氫氣回到通常狀態(tài)的同時發(fā)出光能紫外線。

式1.5中,激發(fā)態(tài)的氫氣分子分解成兩個氫原子自由基。式1.6表示氫氣分子在激發(fā)態(tài)自由電子的作用下,分解成氫原子自由基和氫原子陽離子的過程。當(dāng)這些反應(yīng)連續(xù)不斷發(fā)生,就形成里氫氣等離子體。當(dāng)然實際反應(yīng)要比這些反應(yīng)式描述的更為復(fù)雜。

由于通過離子的沖擊作用可極大促進(jìn)物體表面化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的幾率,微波等離子清洗系統(tǒng)產(chǎn)生的氫等離子體中離子能量較低（＜2ev）,物理效應(yīng)較弱,因此氫等離子體與SiC表面的反應(yīng)以化學(xué)反應(yīng)為主。氫等離子體清洗過程中起作用的除了氫原子,氫離子和電子外,還有處于激發(fā)狀態(tài)的電中性的氫原子或原子團(tuán)（又稱自由基）,以及氫等離子體發(fā)射出的光線。因此易于與SiC表面的物質(zhì)反應(yīng)形成新的物質(zhì),如水、碳?xì)浠衔锏取Ａ硗?氫原子是選擇性的與表面的污染物（如C、O)等反應(yīng),并以揮發(fā)性的CHx和H₂O兩種形式消除掉。

等離子體清洗SiC晶圓具有許多溶劑進(jìn)行的濕法清洗所無法比擬的特點,由于存在高活性的反應(yīng)粒子,與濕法清洗相比,使用等離子體對半導(dǎo)體材料進(jìn)行表面改性具有如下特點〕①改性僅發(fā)生在表面層,幾個埃到微米級因而不影響基本固有性能。②作用時間短幾秒到幾十秒,效率高。③不產(chǎn)生污染,不需要進(jìn)行廢液、廢氣的處理,因而節(jié)省能源、降低成本。④工藝簡單,操作方便。