4°偏角4H-SiC单晶快速外延生长工艺研究

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第六章外延生长

3、超饱和度（supersaturation）模型超饱和度（supersaturation）
(1) 超饱和度的定义：超饱和度的定义：
当超饱和度为正当超饱和度为正时，系统为超饱和，—— 外延生长；外延生长；系统为超饱和，当超饱和度为负当超饱和度为负时，系统不饱和，系统不饱和， —— 刻蚀过程。刻蚀过程。
d. 其他：RTCVD外延、UHVCVD外延、离子束外延等等其他：RTCVD外延 UHVCVD外延外延、外延、
3、外延层的作用：独立控制薄膜晶体结构（组分）、厚度、外延层的作用：独立控制薄膜晶体结构组分）、厚度、晶体结构（）、厚度
杂质种类及掺杂分布
(1) 双极工艺：器件隔离、解决集电极高击穿电压与串连电阻的矛盾双极工艺：器件隔离、 (2) CMOS工艺：减小闩锁（Latch-up）效应 CMOS工艺减小闩锁（Latch-up）工艺： (3) GaAs工艺：形成特定的器件结构层 GaAs工艺形成特定的器件结构层工艺： (4) 其他：制作发光二极管、量子效应器件等其他：制作发光二极管量子效应器件等发光二极管、
超饱和度模型未能预测，因为低浓度下外延生长速率是受气超饱和度模型未能预测，相质量输运限制的。质量输运限制的
c. 超饱和度的值过大，会影响单晶薄膜的质量（与薄膜生长模式超饱和度的值过大，会影响单晶薄膜的质量（
有关）。有关）。
4、薄膜生长的三种模式：薄膜生长的三种模式：
(1) 逐层生长（逐层生长（Layer Growth）理想的外延生长模式 Growth）
该临界尺寸可写为：该临界尺寸可写为：
其中，U 是表面的界面自由能，V 是原子体其中，是表面的界面自由能，积， σ0 是反应剂的分气压与平衡气压的比值（称为饱和度）。称为饱和度饱和度）。

3外延工艺

异质外延衬底和外延层的材料不同，晶体结构和晶格常数不可能完全匹配。外延生长工艺不同，在外延界面会出现两种情况——应力释放带来界面缺陷，或者在外延层很薄时出现赝晶（pseudomorphic）
异质外延生长工艺的两种类型
晶格失配 lattice mismatch
失配率： f = a − a' 100% a'
2.2 气相外延原理
以硅烷为源进行外延 SiH4气体被通入反应器,气相输运到达硅衬底，射频加热器
直接给基座加热，基座上的衬底温度高，硅烷就在衬底表面分解出硅，硅原子规则排列为外延层将外延过程分解为气相质量传递和表面外延两个过程来具体分析。
主观题 10分
分析下图气相外延设备中温度，反应气体浓度以及气体流速沿水平和垂直方向的变化趋势
• 其中：a外延层晶格参数（热膨胀系数或者晶格常数）； a′衬底晶格参数。有热膨胀失配系数和晶格常数失配率。
热失配影响单晶薄膜物理和电学性质
晶格失配导致外延膜中缺陷密度非常高
外延特点
• 外延生长时掺入杂质的类型、浓度都可以与衬底不同，增加了微电子器件和电路工艺的灵活性。
• 多次外延工艺得到多层不同掺杂类型、不同杂质含量、不同厚度，甚至不同材料的外延层。
作答
异质外延的相容性 1. 衬底与外延层不发生化学反应，不发
生大量的溶解现象； 2.衬底与外延层热力学参数相匹配，即热
膨胀系数接近。以避免外延层由生长温度冷却至室温时，产生残余热应力，界面位错，甚至外延层破裂。
3.衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构，晶格常数接近，以避免晶格参数不匹配引起的外延层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应力大的现象。
输出 PNP

山东大学大直径SiC单晶研究获突破

０７期
除、稳定、重复的近于单分子尺度的纳米级存储。表明在通过改进的Ｒｔａｅ分子薄膜中ｏｘｎａ可以重复地写入和擦除纳米尺寸的信息记录点。其精彩之处是对Ｒｔａｅ分子核心结构的ｏｘｎａ
科学家设计出超硬新材料加州大学洛杉矶分校科学家开发出一种制造超硬材料的新方法，这种超硬材料具有极强的耐磨性和抗裂性。超硬材料的用途非常广泛，无论是钻探石油和修公路用的钻头，还是精密仪器和手表表面的抗磨涂层，都需要使用超硬材料。金刚石之所以是世界上最硬的材料是因为金刚石的碳原子间具有极短的共价键。实事上，世界上所用的大多数金刚石都是人工合成的，而且价格非常昂贵。金刚石粉末可用于制造石油钻头、筑路机和挖山洞用的挖穴机。然而，金刚石不能用于切割钢铁，因为切割钢铁将毁坏金刚石刀片。立方结构的氮化硼是金刚石的替代品，可以用来切割钢铁，但它是在非常高的温度和压力条件上合成的，其价格比金刚石还要昂贵。超硬材料具有 “ 超级不可压缩性” ，是它们具有抵抗外形变化的抗性。制造超硬材料的方法有两种：一种是通过使用碳元素并将其与硼或氮合成在一起来仿制金刚石，从而保持较短的共价键；另一种是寻找具有 “ 不可压缩性”的金属并设法使其坚硬。科学家们正在发展第二种方法。锇是一种相对柔软的金属元素，是目前所知道的最具 “ 可压缩性 ”的金属，２０，不０５年科学家把锇元素与短共价键原子合成在一起，制造出一种几乎与金刚石同样 “ 不可压缩的” 材料。它可以在硬度达９级的蓝宝石上划出痕迹。发现如果把硼和锇结合在一起，只能使锇金属中锇原子的分隔距离扩大１％，０如果想尽可能地缩小原子之间的分隔距离，需要寻找更好的过渡金属。发现只有铼具有这种潜力，因此制造出了二硼化铼。铼是一种高密度、低硬度的金属，科学家们合成出了短共价键，只能使铼金属中铼原子的分隔距离扩大５％，从而使其既具有 ‘ 不可压缩性 ’又非常坚硬。在某个方向上，二硼

方兴未艾的单晶衬底材料

方兴未艾的单晶衬底材料
臧竞存
北京工业大学材料科学院与工程学院，北京 Email:zangjc@ 收稿日期：2011 年 3 月 15 日；修回日期：2011 年 3 月 28 日；录用日期：2011 年 4 月 1 日
摘要：介绍了作为衬底材料的一系列单晶的使用状态及其在发光材料、光电子材料、磁性材料、超导材料、光学材料、铁电材料等方面的应用。关键词：单晶；衬底；光电子；薄膜；外延
Material Sciences 材料科学, 2011, 1, 1-6
doi:10.4236/ms.2011.11001 Published Online April 2011 (/journal/ms/)
Progress on Single Crystals in Substrate Materials
Abstract: The latest research progress on single crystals in substrate materials was described. In this paper using and application of single crystal substrates in fluorescence, optico-electronics, magnium, supperconductor, optical ferro-electrical materials are introduced. Keywords: Single Crystal; Substrate; Optico-Electronics; Film; Epitaxy
MS
臧竞存 | 方兴未艾的单晶衬底材料
3
材料，也是制备 GaN 薄膜的优良衬底。目前，氧化锌薄膜的制备成为当前研究的热点。孙成伟等[7]采用 n 型(100)取向的单晶 Si 片，反应射频磁控溅射方法，制备 ZnO 薄膜，ZnO 薄膜表面岛具有比较规则的形状，呈长方形，大多数表面岛之间彼此平行，薄膜中 ZnO 晶粒与 Si 基体之间存在一定的外延关系。刘红霞等

3外延工艺

工艺
作用是将硅基片表面残存的氧化物（SiOx）以及晶格不完整的硅腐蚀去掉，露出新鲜
• 外和而有且延完使整生晶衬底格长的硅工硅和表艺面外延，流利层程于硅硅之：外间延键合成良好核，，
避N免2衬预底冲硅洗表面→缺H陷2向预外冲延层洗中→延升伸。温至850℃→ 升温至1170℃→HCl排空→HCl抛光 →H2冲洗附面层→外延生长（通入反应剂及掺杂剂）→H2冲洗1170℃→降温 →N2冲洗
SOI技术
1. 20世纪80年代，SOS集成电路价格昂贵，并不适合普及民用，所以研究人员利用在衬底和表面硅薄层之间嵌入一层绝缘层材料，研发出新的绝缘体上硅（SOI）材料，SOI材料的结构是表面硅薄层–二氧化硅绝缘层材料–硅衬底，集成电路制造在表面硅薄层。
2. 无论是一般的硅衬底晶圆还是SOS晶圆，都是在底部单晶上生长出来的，但是在氧化物上是没有办法生长出单晶的，业界制造SOI晶圆的方法都是利用嵌入或者键和的方法形成埋层氧化物隔离顶层硅薄膜层和硅衬底。
PMOS
n+
PW
n+
p+
NW
p+
P-sub
• SOI和体硅在电路结构上的主要差别在于：
硅基器件或电路制作在外延层上，器件和衬底直接产生电连接，高低压单元之间、有源层和衬底层之间的隔离通过反偏PN结完成，而SOI电路的有源层、衬底、高低压单元之间都通过绝缘层完全隔开，各部分的电气连接被完全消除。
• 与先前描述的单晶生长不同在于外延生长温度低于熔点许多
• 外延是在晶体上生长晶体，生长出的晶体的晶向与衬底晶向相同，掺杂类型、电阻率可不同。 n/n+，n/p，GaAs/Si。
1.2 外延工艺种类
气相外延工艺成熟，可很好

基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究

第51 卷第 4 期2024年4 月Vol.51，No.4Apr. 2024湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究胡达1，2，路家斌1，2†，阎秋生1，2，骆应荣1，2，雒梓源1，2（1.广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006；2.高性能工具全国重点实验室，广东广州 510006）摘要：针对化学机械抛光中抛光液的环境污染，提出一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC化学机械抛光方法. 通过腐蚀实验和摩擦磨损实验，研究了电化学腐蚀单晶SiC的Si面腐蚀性能和磨损性能. 通过对比Al、Cu、Fe金属在Na2SO4电解质溶液中对Si面的腐蚀性能，发现Al在Si面产生明显的腐蚀层，EDS和XPS检测证实该腐蚀产物为SiO2. 采用摩擦磨损实验研究溶液组分对SiC的Si面磨损影响规律. 结果表明，提高Na2SO4电解质溶液浓度能获得更大的磨损量，当Na2SO4电解质溶液浓度为1.00 mol/L时，得到最大为7.19 µm2的磨损量；在酸性的金属电化学腐蚀溶液中，Si面具有更好的材料去除性能，在pH=3时磨损量达到11.97 µm2. 单晶SiC的金属电化学腐蚀材料去除机制为阴极的Al金属发生电偶腐蚀反应产生腐蚀电流，促使阳极SiC表面氧化生成SiO2氧化层，进而去除材料.关键词：化学机械抛光；单晶SiC；金属电化学腐蚀；腐蚀性能；磨损性能中图分类号：TH161 文献标志码：AStudy on Surface Corrosion and Wear Performance of Single-crystal SiCBased on Metal Electrochemical CorrosionHU Da1，2，LU Jiabin1，2†，YAN Qiusheng1，2，LUO Yingrong1，2，LUO Ziyuan1，2（1.School of Electromechanical Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006，China；2.State Key Laboratory for High-Performance Tools， Guangzhou 510006，China）Abstract：Aiming at the environmental pollution of the polishing solution in chemical mechanical polishing， a single-crystal SiC chemical mechanical polishing method based on metal electrochemical corrosion is proposed. The Si surface of single-crystal SiC corrosion performance and wear performance of electrochemically corroded were investigated by corrosion experiments and wear experiments. By comparing the corrosion performance of Al， Cu， and Fe metals on the Si face in a Na2SO4electrolyte solution，it was found that only Al can generate a noticeable corrosion layer. The EDS and XPS analyses of the Si face confirmed that the corrosion is due to the formation of the∗收稿日期：2023-10-27基金项目：国家自然科学基金资助项目（52175385），National Natural Science Foundation of China（52175385）；广东省自然科学基金资助项目（2023A1515010923），Natural Science Foundation of Guangdong Province（2023A1515010923）；攀登计划广东大学生科技创新战略专项（pdjh2023a0157）， Special Fund Project for Science and Technology Innovation Strategy in Guangdong Province（pdjh2023a0157）作者简介：胡达（1996—），男，广西贺州人，广东工业大学博士研究生† 通信联系人，Email：*****************.cn文章编号：1674-2974（2024）04-0123-09DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2024178湖南大学学报（自然科学版）2024 年SiO2layer. Frictional wear experiments were conducted to investigate the influence of solution composition on the wear behavior of Si face. Increasing the concentration of the Na2SO4 electrolyte solution resulted in higher wear， with a maximum wear value of 7.19 µm2obtained in 1.00 mol/L Na2SO4electrolyte solution. In an acidic corrosive solution， the Si face exhibited the highest material removal， with a wear value of 11.97 µm2 achieved at pH=3. The material removal mechanism of single-crystal SiC via metal electrochemical corrosion involved the corrosive reaction involving Al at the cathode， which generated a corrosion current， and the subsequent oxidation of the SiC surface at the anode， thereby forming a SiO2 oxide layer leading to material removal.Key words：chemical mechanical polishing；single-crystal SiC；metal electrochemical corrosion；corrosion performance；wear performance单晶SiC作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、电子迁移率高、电子密度高、临界击穿电场高等优异的物理性能，被认为是未来电子电力领域革命性的材料［1-3］. 利用单晶SiC制作的高功率半导体器件被广泛应用在卫星通信、航空航天、核能开发、轨道交通、光伏发电、电动汽车等电子器件领域［4-5］. SiC材料应用于电子器件制备和外延膜生长需要无损伤、无缺陷的超光滑表面，但是由于其高硬度、高脆性的物理性质和稳定的化学性质，其加工变得非常困难［6］.化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）被认为是实现高硬脆半导体材料全局平坦化最有效的加工技术之一［7］. 在CMP过程中，抛光液和工件表面发生化学反应产生氧化层，然后通过抛光垫和磨料的机械作用对氧化层发生材料去除.要提高SiC的材料去除率，关键在于提高SiC表面的化学反应速率. 目前常用的HF、H2SO4、H2O2、KMnO4等强酸或强碱溶液抛光效率低，且腐蚀性的抛光液对设备及环境会造成伤害［8-9］. 因此，开发高效环保的CMP方法，使用对环境友好的抛光液受到越来越多关注［10］.碱性抛光液中的OH-能与SiC表面的Si原子发生硅氧化水反应，Chen等［11］采用碱性KOH溶液对Si 面抛光，抛光后材料去除率达到153 nm/h. Chen等［12］使用强酸性的KMnO4溶液作为CMP抛光液抛光SiC 的C面，抛光后的表面粗糙度R a为0.54 nm，材料去除率（Material Removal Rate， MRR）为6412 nm/h. Lu 等［13］采用强氧化剂H2O2溶液和FeSO4溶液产生芬顿反应来抛光单晶SiC，发现产生高浓度的•OH可以获得很高的MRR和表面粗糙度R a为0.186 9 nm的光滑晶片表面，但由于反应剧烈，易出现大量铁污泥，影响反应的持续性；采用Fe3O4固相颗粒作为催化剂可以获得较好的持续性抛光效果［14］. Isohashi等［15］使用金属Pt催化剂辅助刻蚀6H-SiC，获得了表面粗糙度R a 为0.082 nm的超光滑表面，但其抛光效率仅为13.4 nm/h，且常用的HF溶液对环境具有严重的危害. 将阳极氧化和CMP结合的电化学机械抛光，可以使SiC发生阳极氧化反应，提高材料去除能力［16］. Khanna 等［17］利用电化学机械抛光SiC，通电后将H3PO4溶液和去离子水作为电解液进行对比抛光，实验结果表明，使用去离子水作为电解液时MRR仅为23 nm/h，使用H3PO4溶液作为电解液时MRR为840 nm/h.有学者利用金属催化作用提出了金属盘抛光SiC. Lin等［18］提出了铁盘在水中抛光SiC的氧化反应机理，在水的氧化作用下，SiC可以生成SiO2氧化物，抛光后，表面粗糙度R a为3.507 nm，但抛光效率MRR 仅为60 nm/h. Wu等［19］利用铁盘、镍盘对SiC进行摩擦化学抛光，抛光过程中没有添加抛光液，依靠摩擦热在摩擦界面处反应形成金属硅化物和氧化物，可以实现MRR为8.9 µm/min的高效材料去除，但是无抛光液的干摩擦形成的高温、高压容易使SiC表面发生位错、晶格畸变等缺陷. 上述研究说明，金属抛光盘在一定条件下可以直接和SiC表面发生反应，且不需要添加具有强腐蚀性的化学抛光液.Luo等［20］研究表明，金属Al在Na2SO4溶液中可以与SiC的C面发生金属电化学腐蚀反应，采用Al金属盘抛光后的MRR达到1 011.43 nm/h. 为了进一步确定SiC的Si面能否发生金属电化学腐蚀，本文研究124第 4 期胡达等：基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究了不同金属（Al、Cu、Fe）在Na2SO4电解质溶液中对Si面的腐蚀性能. 在此基础上，通过摩擦磨损实验研究Na2SO4电解质溶液浓度、pH值对Si面的材料磨损性能，为单晶SiC金属电化学腐蚀抛光应用提供依据.1 实验设计1.1 金属电化学腐蚀实验为了验证单晶SiC的Si面是否能与金属发生电化学腐蚀反应，选用Al、Cu、Fe的金属板（成分如表1所示）与Si面进行静态腐蚀实验（如图1所示）. 使用砂纸打磨金属板表面去除氧化层，超声清洗后用高压空气吹干，用不导电的塑料夹具将金属板和单晶SiC的Si面固定接触.为对比腐蚀效果，金属板只与Si面部分接触，然后放入pH=7，质量分数为1%的Na2SO4电解质溶液中浸泡1 h.腐蚀结束后，用去离子水冲洗单晶SiC的Si面，用低压氮气对Si面进行干燥后检测. 使用扫描电子显微镜（HITACHI-S3400N，日本）观察实验前、后Si 面形貌，利用能谱仪（EDS，Bruker-QUANTAX，德国）对Si面进行元素分析，采用X射线光电子能谱仪（XPS，Thermo Fisher-Escalab 250Xi，美国）分析腐蚀前、后Si面的化合物.1.2 摩擦磨损实验Luo等［20］研究表明，金属电化学腐蚀中溶液参数对单晶SiC的C面有不同的腐蚀效果. 因此，采用摩擦磨损实验研究Na2SO4电解质溶液浓度、pH值对单晶SiC的Si面磨损性能的影响.实验在摩擦磨损仪（兰州中科凯华科技开发有限公司WTM-2E，中国）上进行，摩擦磨损实验装置如图2所示，摩擦磨损实验参数如表2所示. 摩擦磨损实验中使用的金属Al（根据2.1节的实验结果确定）对磨球直径为5 mm；单晶4H-SiC（Si面）选用n型，尺寸为10 mm × 10 mm，原始表面粗糙度R a为2 nm. 实验前使用酒精、去离子水清洗SiC和对磨球，去除表面杂质，然后将SiC晶片贴在工件盘上，使用夹具将对磨球固定在摩擦磨损仪上，采用表2中的参数进行实验. 使用白光干涉仪（BRUKER Contour GT-X，德国）检测SiC表面磨痕形貌，并取SiC表面磨痕圆周上8个均布位置的磨痕横截面积通过Snipaste、Origin软件计算作为最终的磨痕横截面积，以此评价磨损率.图1 Si面与金属接触腐蚀示意图Fig.1 Schematic diagram of contact corrosionof Si face with metal表1 金属板成分Tab.1 Composition of metal plates%金属板Al Cu Few Al95.474―0.05w Cu0.26099.600 00.02w Fe0.4000.000 899.16w Mg1.160―0.02w Si0.6600.000 40.03w Zn1.6000.000 90.02w Ti0.0160.000 9―w Cr0.010―0.03w Mn0.420―0.06图2 摩擦磨损实验装置Fig.2 Setup for frictional wear experiments表2 摩擦磨损实验参数Tab.2 Parameters of frictional wear experiments磨损实验实验 1实验 2Na2SO4浓度/（mol∙L-1）0、 0.75、1.00、1.25、1.501pH73、5、7、9其他参数转速： 150 r/min压力： 6 N时间： 60 min磨损球： Al125湖南大学学报（自然科学版）2024 年2 实验结果与讨论2.1 金属对SiC 表面腐蚀性能的影响不同金属板在Na 2SO 4溶液中对单晶SiC 表面腐蚀前、后的SEM 形貌及EDS 元素如图3所示.由图3（a ）可知，腐蚀前SiC 表面存在部分划痕.由图3（b ）可知，腐蚀前SiC 表面仅存在Si 、C 元素.从图3（c ）可以看出，与Al 金属板接触的Si 面区域出现了明显的腐蚀龟裂层，而在非接触区没有出现腐蚀层. 对比腐蚀前的Si 面［图3（a ）］、非腐蚀区域（位置1，即没有与金属板接触的Si 面区域）、腐蚀层区域（位置2，与金属板接触的Si 面区域）的EDS 元素分析［见图3（f ）］发现，非接触区域位置1主要为C 、Si 元素，出现了极少的O 、Al 元素；而接触区域的腐蚀层位置2出现了大量的O 元素（20.79%），Si 元素原子分数下降到76.72%，几乎没有发现C 元素，但出现了2.49%的Al 元素.以上结果表明，直接与Al 接触的Si 面可以发生金属电化学腐蚀，生成氧化层.由图3（d ）可知，Si 面出现了深色斑点状分布，斑点均匀分布在Si 面与Cu 接触区域，似乎出现了轻微的氧化层. 但是，图3（g ）的EDS 元素分析表明，斑点区域的元素原子分数与原始Si 面的几乎一致，腐蚀前、后的O 元素原子分数分别为0.77%和0.35%，这说明SiC 的Si 面没有出现明显的氧化物.以上结果（a ）腐蚀前SiC 表面形貌（b ）腐蚀前SiC 表面元素（c ）Al 板对SiC 表面腐蚀后形貌（d ）Cu 板对SiC 表面腐蚀后形貌（e ）Fe 板对SiC 表面腐蚀后形貌（f ）Al 板对SiC 表面腐蚀前、后元素（g ）Cu 板对SiC 表面腐蚀前、后元素（h ）Fe 板对SiC 表面腐蚀前、后元素图3 不同金属板在Na 2SO 4溶液中对单晶SiC 表面腐蚀前、后的SEM 形貌及EDS 元素Fig.3 SEM morphology and EDS elements before and after corrosion of single-crystal SiC surface by different metalplates in Na 2SO 4 solution126第 4 期胡达等：基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究表明，Cu在Na2SO4溶液的作用下，没有使Si面出现明显的氧化痕迹，O元素原子分数没有明显提高，说明Cu在Na2SO4溶液中对Si面的金属电化学腐蚀很弱.由图3（e）可知，Si面与原始表面相比没有明显变化，在表面可以看到原始表面的划痕.由图3（h）可知，实验前、后Si面的C、O、Fe、Si原子分数变化非常小，可以认为各元素变化量为EDS仪器的检测误差，说明实验过程Si面没有发生氧化反应.以上结果表明，Fe在Na2SO4溶液中对Si面的金属电化学腐蚀很弱或者没有.由图3可知，只有与Al接触的单晶SiC的Si面在Na2SO4溶液中有明显的金属电化学腐蚀效果.这与单晶SiC的C面的结果明显不同，在Al、Cu、Fe分别与C面接触时，C面均出现了氧化层，但与Al接触时氧化层最为明显和最厚［20］. 这体现了单晶SiC的Si面和C面的腐蚀特性和加工特性有明显差异.采用XPS对与Al接触的Si面的氧化产物进行分析，图4为Al在Na2SO4溶液中对Si面腐蚀的XPS全谱图，图5为Al在Na2SO4溶液中对Si面腐蚀前、后的XPS的Si、O、C、Al元素谱图. 从图4可以看出，氧化后的Si面O1 s的相对强度从0.9×105 Counts/s提高到2.3×105Counts/s，Si2 p从1.1×105Counts/s降低到0.84×105 Counts/s，同时出现了少量的Al2 p. XPS结果与EDS结果［图3（f）］一致，均表明腐蚀后Si面的O元素原子分数出现了大幅度的增加.由图5（a）、（b）可知，氧化前Si面结合能峰值出现在100.8 eV［图5（a）］，对应化学形态为Si―C；氧化后Si面氧化区域的结合能峰值分别为100.6 eV、101.2 eV和101.9 eV［图5（b）］，分别对应Si―C、Si―O 和SiO x. 这说明，Al与Si面的金属电化学腐蚀产生了明显的硅氧化合物.由图5（c）可知，氧化前Si面结合能峰值为532.1 eV，对应的化学形态为SiO2［21］，这可能是由于样品静置在空气中时发生了缓慢的氧化.氧化后Si面结合能峰值为531.35 eV和532.1 eV［图5（d）］，对应Al（OH）3和SiO2，其中，SiO2从20×103Counts/s提高到35×103 Counts/s，而SiO2相对强度远高于Al（OH）3，说明Al（OH）3相对于SiO2氧化物而言较少. 这些表明，在Na2SO4溶液中Al和SiC均发生了氧化反应.由图5（e）可以看出，氧化前Si面结合能峰值出现在283.0 eV、284.8 eV、285.4 eV和288.2 eV，其中结合能284.8 eV对应C―C键为XPS检测过程中添加的成分，用于校准谱图的结合能位置；结合能283.0 eV对应Si―C，结合能285.4 eV、288.2 eV均对应有机碳氧键.由图5（f）可知，氧化后结合能峰值分别为282.9 eV、284.8 eV、286.7 eV和288.7 eV，其中结合能282.9 eV对应Si—C，而结合能286.7 eV和288.7 eV均对应有机碳氧键. 以上结果表明，氧化后Si面并没有出现碳氧化合物.由图5（g）可知，氧化后Si面在74.4 eV和74.9 eV位置出现峰值，均对应Al2O3，说明在实验过程中Al 和SiC表面接触，产生Al2O3附着在SiC表面.上述结果表明，在Na2SO4溶液中Al和单晶SiC 的Si面可以发生金属电化学腐蚀. 主要过程为SiC 表面氧化生成了SiO2，同时Al产生的Al2O3黏附到SiC表面，整个反应过程生成了SiO x、Si―O、SiO2、Al2O3等氧化产物.2.2 溶液参数对单晶SiC的 Si面磨损性能的影响2.1节结果表明，只有金属Al对单晶SiC的Si面有明显的腐蚀效果，因此，选择Al作为金属电化学腐蚀中的金属材料，进一步通过摩擦磨损实验研究溶液中的Na2SO4电解质浓度、pH值对Si面的磨损性能的影响，具体的实验方案见1.2节.（a）腐蚀前SiC的Si面XPS全谱图（b）腐蚀后SiC的Si面XPS全谱图图4 Al在Na2SO4溶液中对Si面腐蚀的XPS全谱图Fig.4 XPS full spectrum of the Si face corrosion by Al in theNa2SO4 solution127湖南大学学报（自然科学版）2024 年2.2.1 Na 2SO 4浓度的影响Na 2SO 4浓度对Si 面的磨损效果的影响如图6所示.由图6可知，各Na 2SO 4浓度下的磨痕较宽，深度较浅，各磨痕深度均在200 nm 以下.当Na 2SO 4浓度为0 mol/L（溶液为去离子水）时，Si 面各划痕不集中，磨痕宽度约为300 µm ，横截面积约为3.03 µm 2. 当Na 2SO 4浓度为0.75 mol/L 时，磨痕区域宽度约为200 µm ，深度约为100 nm ，磨痕整体呈波浪状，横截面积为4.94 µm 2，比0 mol/L 时提高了63%. 当Na 2SO 4浓度为1.00 mol/L 时，磨损量最高，横截面积达到7.19 µm 2，比0 mol/L 时提高了137.3%，此时磨痕集中分布，磨痕呈V 形结构，宽度约为280 µm ，深度达到了200 nm. 当Na 2SO 4浓度分别提高到1.25 mol/L 和1.50 mol/L 时，磨损横截面积分别下降到7.07 µm 2和6.96 µm 2.上述实验结果表明，Na 2SO 4溶液的浓度变化对Si 面磨损量影响显著. Na 2SO 4溶液的浓度可以直接影响金属电化学腐蚀中金属和SiC 表面的电子转移效率，电解质浓度越大，金属产生的腐蚀电流电子转移速率越高，Si 面的氧化反应效率越高. 当Na 2SO 4浓度为0 mol/L 时，由于没有电解质溶液，Si 面和Al 对磨球之间没有化学反应，使得Si 面和Al 对磨球直接摩擦，对Si 面形成机械磨损. 当Na 2SO 4浓度为1.00 mol/L 时，化学作用和机械作用趋于平衡，可以获得高的材料去除能力和好的表面质量. 但是过高的Na 2SO 4溶液浓度使Al 表面生成过多的Al 2O 3，化学作用明显大于机械作用，氧化层不能及时去除，影响了Al 和SiC 表面的接触状态，降低了两者间的电子转移效率，导致抛光材料去除能力下降.2.2.2 pH 值的影响pH 值对Si 面的磨损效果的影响如图7所示. 由图7可知，磨痕横截面积在酸性环境下最大，中性环（a ）腐蚀前Si2 p 谱图（b ）腐蚀后Si2 p 谱图（c ）腐蚀前O1 s 谱图（d ）腐蚀后O1 s 谱图（e ）腐蚀前C1 s 谱图（f ）腐蚀后C1 s 谱图（g ）腐蚀后A12p s 谱图图5 Al 在Na 2SO 4溶液中对Si 面腐蚀前、后的XPS 的Si 、O 、C 、Al 元素谱图Fig.5 Elemental spectra of Si ， O ， C and Al obtained through the XPS before and after corrosion of Si face by Al in Na 2SO 4 solution128第 4 期胡达等：基于金属电化学腐蚀的单晶SiC 表面腐蚀和磨损性能研究境居中，碱性环境最小，在pH=3的强酸性环境中能获得高的磨损，为11.97 µm 2. 溶液pH 值为3时，磨痕轨迹宽度约为250 µm ，磨痕相对集中，呈V 形结构，磨痕表面比较粗糙. 当溶液pH 值为5时，对磨球运动轨迹宽度为300 µm ，磨痕分布不均匀，在磨痕中间区域磨损量很低，横截面积为8.24 µm 2，比pH=3时降低了31.17%. 当溶液pH 值提高到7时，对磨球运动轨迹宽度为250 µm ，磨痕横截面积为8.72 µm 2，比pH=3时降低了27.16%. 将pH 值进一步提高到9时，对磨球运动轨迹宽度约200 µm ，磨痕中间还存在大量的未磨损区域，磨痕横截面积为5.79 µm 2，比pH=3时降低了51.63%. 上述实验结果表明，Si 面磨损量在酸性环境中较大，说明金属电化学腐蚀单晶SiC 的Si 面在酸性环境中的反应效率更高.上述摩擦磨损实验结果表明，金属电化学腐蚀对Si 面的材料去除能力在酸性环境下最大，中性环境居中，碱性环境最小，表明金属电化学腐蚀在酸性环境中对单晶SiC 的Si 面化学作用强，可以产生更多的SiO 2氧化层，以提高材料去除能力.3 金属电化学腐蚀材料去除机制单晶SiC 金属电化学腐蚀抛光材料去除机制如图8所示，在抛光压力P 的作用下SiC 的Si 面和Al 抛光盘在Na 2SO 4溶液中接触，在直接接触的区域发生金属电化学腐蚀［图8（a ）］，作为阴极的Al 在电解质中发生金属电偶腐蚀，在Al 表面形成钝化层，其反应过程如下［22-24］：Al(s)+3OH -→Al(OH)3，ads +3e-（1）生成的Al （OH ）3，ads 在溶液中不稳定，会转化成Al 2O 3•H 2O ［23］，这与图5的XPS 检测结果一致，Al 板表面的Al 2O 3氧化层会有部分残留在SiC 表面.2Al(OH)3，ads =Al 2O 3·3H 2O（2）单晶SiC 作为阳极（一般电化学中常用石墨C 作为阳极，其标准电极电位为+3.700 V ，本实验中SiC代替石墨作为阳极）发生氧化反应. 在阴极Al 和阳极SiC 的接触过程中，形成的腐蚀电流传导至SiC 表面形成聚集的空穴（h +），h +比所有的化学氧化物都具有更强的氧化性［25］，促使SiC 表面发生阳极氧化反应生成SiO 2，该过程的反应如下［26-28］：SiC +4H 2O +8h +→SiO 2+8H ++CO 2（3）2H 2O +2e -→H 2+2OH -（4）Al 2O 3+H 2O →2AlOOH（5）2AlOOH +2SiO 2→Al 2Si 2O 5·H 2O（6）（a ）磨损表面形貌（b ）磨痕横截面积图6 Na 2SO 4浓度对Si 面的磨损效果的影响Fig.6 Effect of Na 2SO 4concentration on the wear of Si face（a ）磨损表面形貌（b ）磨痕横截面积图7 pH 值对Si 面的磨损效果的影响Fig.7 Effect of pH on the wear of Si face129湖南大学学报（自然科学版）2024 年在单晶SiC Si 面的金属电化学腐蚀过程中，涉及溶液中的电子和离子转移. 在去离子水溶液中，由于缺乏可移动的离子，因此SiC 表面的化学反应很弱. 在Na 2SO 4中，由于溶液中存在更多的离子移动，在SiC 表面更容易产生腐蚀电流，从而使SiC 表面发生更强的腐蚀，且酸性的电解质溶液对Si 面的腐蚀更强. 抛光过程中Si 面的微凸峰首先和Al 接触产生硬度低、结合力小的SiO 2氧化层，然后在Al 盘的机械力作用下对SiO 2氧化层发生材料去除，然后暴露出新的SiC 表面［图8（b ）］继续发生氧化和材料去除，在这样的循环过程中实现SiC 表面的高效材料去除.4 结论本文提出了一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC 化学机械抛光方法，研究了不同金属对Si 面的接触腐蚀性能、摩擦磨损性能，讨论了单晶SiC 金属电化学腐蚀的材料去除机制，得到了以下结论：1）对比金属Al 、Cu 和Fe 对单晶SiC 的Si 面的腐蚀效果，仅有Al 对Si 面有明显的金属电化学腐蚀效果，出现了明显的腐蚀层，EDS 和XPS 分析证明该腐蚀层为SiO 2.2）Na 2SO 4电解质溶液浓度和pH 值对单晶SiC 的Si 面磨损性能影响较大. 当Na 2SO 4浓度为1.00 mol/L 时，能获得最高材料去除能力，对Si 面的磨损量达到7.19 µm 2（比0 mol/L 时提高了137.3%）. Na 2SO 4溶液在强酸性环境中对单晶SiC 的Si 面材料去除能力更大，pH=3时磨损量达到了11.97 µm 2.3）Al 盘在Na 2SO 4溶液中发生电偶腐蚀，产生的腐蚀电流促使SiC 的表面发生阳极氧化反应产生SiO 2氧化层，Al 盘对氧化层发生材料去除暴露出新的SiC 表面继续发生氧化和材料去除.参考文献［1］YIN X C ，LI S J ，CHAI P ．Investigation of SiC single crystalpolishing by combination of anodic oxidation and mechanical polishing ［J ］．International Journal of Electrochemical Science ，2020， 15（5）： 4388-4405．［2］SETERA B ，CHRISTOU A ．Challenges of overcoming defects inwide bandgap semiconductor power electronics ［J ］．Electronics ，2021，11（1）：10．［3］ANDERSON C P ， BOURASSA A ， MIAO K C ， et al.Electrical and optical control of single spins integrated in scalable semiconductor devices ［J ］. Science ， 2019，366（6470）：1225-1230.［4］RACKA-SZMIDT K ， STONIO B ， ŻELAZKO J ， et al. A review ：inductively coupled plasma reactive ion etching of silicon carbide ［J ］. Materials ， 2022，15（1）：123.［5］IANNACCONE G ， SBRANA C ， MORELLI I ， et al. Powerelectronics based on wide-bandgap semiconductors ： opportunitiesand challenges ［J ］. 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Chemical etchingof图8 单晶SiC 金属电化学腐蚀抛光材料去除机制Fig.8 Mechanism of material removal by metal electrochemicalcorrosion of single-crystal SiC130第 4 期胡达等：基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究silicon carbide in pure water by using platinum catalyst［J］.Applied Physics Letters， 2017，110（20）：201601.［16］DENG H，HOSOYA K，IMANISHI Y，et al．Electro-chemical mechanical polishing of single-crystal SiC using CeO2 slurry［J］．Electrochemistry Communications，2015，52：5-8．［17］KHANNA A J，YAMAMURA M，KAKIREDDY V R，et al．Investigation of the impact of pad surface texture from differentpad conditioners on the CMP performance［J］．ECS Journal ofSolid State Science and Technology，2020，9（6）：064011．［18］LIN Y C，KAO C H．A study on surface polishing of SiC with a tribochemical reaction mechanism［J］．The International Journalof Advanced Manufacturing Technology，2005，25（1）：33-40．［19］WU M，HUANG H，LUO Q F，et al．A novel approach to obtain near damage-free surface/subsurface in machining of singlecrystal 4H-SiC substrate using pure metal mediated friction［J］．Applied Surface Science，2022，588：152963．［20］LUO Y R，XIONG Q，LU J B，et al．Chemical mechanical polishing exploiting metal electrochemical corrosion of single-crystal SiC［J］．Materials Science in Semiconductor Processing，2022，152：107067．［21］SPRENGER D，BACH H，MEISEL W，et al．XPS study of leached glass surfaces［J］．Journal of Non-Crystalline Solids，1990，126（1/2）： 111-129．［22］WANG K W，CAI W J．Modeling the effects of individual layerthickness and orientation on the tribocorrosion behavior of Al/Cunanostructured metallic multilayers［J］．Wear，2021，477：203849．［23］ALMOTAIRY S M，SHERIF E S M，ALHARTHI N H，et al．Influence of milling route on the corrosion passivation of Al-2%SiC nanocomposites in chloride solutions［J］．Crystals，2021，11（10）：1231．［24］BADAWY W A，AL-KHARAFI F M，EL-AZAB A S．Electrochemical behaviour and corrosion inhibition of Al，Al-6061and Al-Cu in neutral aqueous solutions［J］．Corrosion Science，1999，41（4）：709-727．［25］DONG Z G，OU L W，KANG R K，et al．Photoelectrochemical mechanical polishing method for n-type gallium nitride［J］．CIRP Annals，2019，68（1）：205-208．［26］MA G L，LI S J，LIU F L，et al．A review on precision polishing technology of single-crystal SiC［J］．Crystals，2022，12（1）：101．［27］YANG X，SUN R Y，OHKUBO Y，et al．Investigation of anodic oxidation mechanism of 4H-SiC （0001）for electrochemicalmechanical polishing［J］．Electrochimica Acta，2018，271：666-676．［28］VAN DORP D H，SATTLER J J H B，DEN OTTER J H，et al．Electrochemistry of anodic etching of 4H and 6H-SiC in fluoridesolution of pH 3［J］．Electrochimica Acta，2009，54（26）：6269-6275．131。

6H_SiC单晶的生长与缺陷

第32卷第3期硅酸盐学报Vol.32,No.3　2004年3月J OURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY M a r c h,20046H SiC单晶的生长与缺陷胡小波,徐现刚,王继扬,韩荣江,董　捷,李现祥,蒋民华(山东大学,晶体材料国家重点实验室,济南　250100)摘　要:采用升华法,在一定的温度、气体压力和流量的条件下,生长了尺寸<50.8mm的6H SiC单晶。

利用光学显微术观察了原生晶体的表面形貌,发现了微管在晶体表面的露头点具有明显的多个螺位错成核特征。

采用透射模式对抛光晶片进行观察,发现了SiC晶体内的典型缺陷,如:负晶、微管、碳颗粒等,并对它们的形成机理进行了讨论。

关键词:6H碳化硅;微管;负晶;缺陷中图分类号:O771;O782文献标识码:A文章编号:04545648(2004)03024803GR OWTH AN D DEFECTS OF6H SiC MON OCR YSTALSHU Xiaobo,XU Xiangang,W A N G Jiyang,HA N Rongjiang,DON G Jie,L I Xianxiang,J IA N G Minhua (State K ey Laboratory of Crystal Materials,Shandong University,Jinan　250100,China)Abstract:6H SiC monocrystals with the diameter of50.8mm were synthesized by sublimation method.The surface morpho2logy of as2grown SiC crystal was observed by optical microscopy.It is found that outcrops of micropipes on the crystal surface possess remark2 able feature of double or multiple screw dislocations.In addition,polished SiC wafer was also examined by optical microscopy with transmission mode,and it is found that there are some typical defects,such as negative crystals,micropipes,carbon particles in SiC crystals.The formation mechanisms of these defects are discussed.K ey w ords:6H silicon carbide;micropipe;negative crystal;defect SiC是一种重要的半导体材料,它具有优良的热学、力学、化学和电学性质,可以用作蓝光L ED (light emitting diode)衬底材料,同时又是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一[1,2]。

碳化硅电子器件发展分析

碳化硅电力电子器件的发展现状分析目录在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。

碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。

随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。

SiC器件主要包括二极管和开关管。

SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN型二极管。

SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。

1.SiC器件的材料与制造工艺SiC单晶碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。

到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。

碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC 才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。

立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。

SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。

利用SiC高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。

升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。

由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。

改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法 (简称PVT法)。

sic功率器件工艺流程

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一种典型半导体材料—SiC2

高击穿电压
高功率器件高频高温器件紫外探测器件
高热导率
宽禁带
高电流密度
一些SiC器件：
半导体 SiC
半绝缘SiC
整流器件
开关器件
Bipolar Schottky Unipolar diodes diodes transistor
Bipolar transistor
RF transistor
MESFET
SiC紫外探测器： PN结型 PIN型异质结型肖特基势垒型金属-半导体-金属（MSM）型
5.SiC光电器件的前景
近年来，Si功率器件结构设计和制造工艺日趋完善，已经接近其材料特性决定的理论极限，依靠Si器件继续完善来提高装置与系统性能的潜力十分有限。随着SiC衬底材料和器件制造工艺如：外延、欧姆接触、氧化及刻蚀等技术上取得的重大进展，SiC在各类新材料中脱颖而出，在整流器、双极晶体管及 MOSFET等多种类型的功率开关器件方面取得来令人瞩目的进展。根据预测，到2015年SiC器件市场的规模将达到8亿美元。
国内在SiC生长起步较晚，目前主要是山东大学、中科院上海硅酸盐研究所、中科院物理所等单位开展SiC单晶生长制备技术研究，山东大学2007年在实验室生长出了3英寸
6H-SiC单晶。
2.SiC衬底的制备
物理气相传输法（PVT）：
核心装置如右图所示：
SiC原料的升华和晶体的再生长在一个封闭的石墨坩埚内进行，坩埚处于高温非均匀热场中。SiC原料部分处于高温中，温度大约在2400~2500摄氏度。碳化硅粉逐渐分解或升华，产生Si和Si的碳化物混合蒸汽，并在温度梯度的驱使下向粘贴在坩埚低温区域的籽晶一代和第二代半导体材料发展的成熟，其器件应用也趋于极限。现代科技越来越多的领域需要高频率，高功率，耐高温，化学稳定性好的第三代半导体。而作为第三代半导体优秀代表的 SiC（silicon carbide），越来越多得受到人们的关注。

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ＦａｓｔＥｐｉｔａｘｉａｌＧｒｏｗｔｈＰｒｏｃｅｓｓｏｎ４ＤｅｇｒｅｅＯｆｆ－ｃｕｔ４Ｈ－ＳｉＣＷａｆｅｒｓ
ＭＡＯＫａｉ－ｌｉ ’ ＷＡＮＧＹｉｎｇ．ｍｉｎ２，ＬＩＢｉｎ，ＺＨＡＯＧａｏ．ｙａｎｇ ’
ｄｉｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｙ（Ｃ）／ｙ（Ｓｉ）ｍｏｌａｒｒａｔｉｏ，ｅｔｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｎＳｉＣｅｐｉｔａｘｉａｌｌａｙｅｒｑｕａｌｉｔｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．
２０１５年７月第３６卷第４期
ＥｒｌｅｃｔｏｎｉｃｓＰｒｏｃｅｓｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇ
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电子工艺技术
１９１
ｄｏｉ：１０．１４１７６￣．ｉｓｓｎ．１００１－３４７４．２０１５．０４．００２
ｂｙｕｓｉｎｇｉｎ－ｓｉｔｕＨＣＩｅｔｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＳｉＣｅｐｉｔａｘｉａｌｌａｙｅｒｉｓｖｅｒｙｓｍｏｏｔｈ，ａｎｄｔｈｅｓｕｄａｃｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦａｓｔａｎｄｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙＳｉＣｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｔｐｒｅｓｅｎｔ．ＢｙｕｓｉｎｇＨＣｌｇａｓａｓｃｈｌｏｒｉｄｅｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ，ｔｈｅｅｆｅｃｔｓｏｆ
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｈｏｍｏｅｐｉｔａｘｉａｌ；ＨＣＩ；Ｆａｓｔｇｒｏｗｔｈｒａｔｅ
ＤｏｃｕｍｅｎｔＣｏｄｅ：ＡＡｒｔｉｃｌｅｌＤ：１００１．３４７４（２０１５）０４．０１９１．０３
Ｂｙｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｅｐｉｔａｘｉａｌｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｆａｓｔｅｐｉｔａｘｉａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒａｔｅｕｐｔｏ３２ｐｍ／ｈｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ
４ｏ偏角４Ｈ — ＳｉＣ单晶快速外延生长工艺研究
毛开礼Ｌ，王英民，李斌，赵高扬
（１．西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００４８；２．中国电子科技集团公司第二研究所。山西太原０３００２４）
摘
平滑，表面粗糙度仅０．２１８ｎｍ，晶片外延层厚度不均匀性小于０．４％。关键词：同质外延；氯化氢；快速外延
中图分类号：ＴＮ３０４文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３４７４（２０１５）０４ — ０１９１ — ０３
要：高质量快速ＳｉＣ￣＇ｂ延生长工艺技术是目前高压电力电子器件研制的关键工艺技术。采用ＨＣＩ气体作
为含ｃｌ化合物，研究了不同温度、气￣ｓ（ｃ）／ｙ（ｓｉ）摩尔比和刻蚀工艺等对于ｓｉｃ￣，ｂ延层质量的影响。通过优化外延工艺参数，采用原位Ｈｃ垓０蚀工艺，获得了ＳｉＣ单晶外延生长速率达３２ｍ／ｈ的快速外延生长工艺，外延层表面
ｒｏｕｇｈｎｅｓｓｉｓｏｎｌｙ０．２１８ｎｍ．Ｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｕｎｉｆｏｒｍｉ￣ｏｆＳｉＣｅｐｉｔａｘｉａｌｌａｙｅｒｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．４％．
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ｌ１．ｘｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎ７１００４８．Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｈｅ２ｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａｌ