SiC表面ECR氢等离子体处理研究

摘要

SiC是第三代半导体材料，由于其禁带宽度大、热传导率高、热稳定性好，在高温、高频、大功率电子器件领域将会得到广泛的应用。但是SiC晶片表面存在很高的表面态，不利于制备良好的欧姆接触，不利于形成良好的SiO2/SiC界面，严重影响MOS器件的性能。关于SiC的表面处理工艺，主要有传统湿法清洗、高温氢气处理、等离子体处理等。传统湿法清洗比较成熟，但清洗后表面残留的杂质离子太多；常压氢气处理具有不引入杂质粒子、氢钝化效果好以及表面抗氧化能力强等特点，但其处理温度在1000℃以上，与器件的工艺相容性较差；利用射频(RF)氢等离子处理SiC表面，在200℃即可得到干净平整的表面，但是表面发生了√3×√3重构。 本文采用电子回旋共振(ECR)氢等离子体发生系统对n型4H-SiC(0001)表面进行处理，并利用原位高能电子衍射(RHEED)对处理过程进行实时监控，探索了氢等离子体处理SiC的工艺条件；研究了氢等离子体处理对SiC表面化学结构和抗氧化能力的影响；低温氢等离子体处理对MOS电容器件和欧姆接触的影响。实验结果表明：在200℃～700℃温度范围内在恰当的处理时间内表面原子排列变得更加规则，单晶取向性好，计算表明表面未发生重构。但是如果处理时间过长，表面原子排列将被破坏，有转化为非晶态的趋势。用X射线光电子能谱(XPS)技术对氢等离子体处理后的表面成分进行分析，结果显示，表面C/C-H污染物被去除、氧含量降低、抗氧化性增强。在低温氢等离子体处理后的SiC上制备MOS电容器件和欧姆接触，分析发现，经氢等离子体处理的MOS电容器件界面态密度明显低于传统湿法处理后SiCMOS电容器件，达到了6×1011cm-2ev-1数量级；经低温等离子体处理的SiC在退火前就可形成良好的欧姆接触，大大降低了工艺难度。 本文通过对4H-SiC氢等离子体处理的研究，为进一步深入研究氢钝化机理提供了一定的工艺参数，表面清洁作用及表面钝化作用为获得高质量表面及SiC/SiO2界面提供了保障，为制作良好的欧姆接触和MOS器件打下基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2 SiC表面处理的国内外发展状况

1.3本文的主要工作

2 ECR-PEMOCVD系统与表面分析技术

2.1 ECR-PEMOCVD系统

2.2表面分析技术

2.3本章小结

3等离子体反应机理及影响因素

3.1氢等离子体处理反应机理

3.2影响等离子体处理效果的因素

3.3本章小结

4 ECR氢等离子体处理SiC(0001)面的效果

4.1 实验过程

4.2氢等离子体处理对表面微结构的影响

4.3氢等离子体处理对表面污染物的消除效果

4.4氢等离子体处理对表面抗氧化性的影响

4.5 ECR氢等离子体处理对SiC欧姆接触及MOS界面态的影响

4.6本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢