碳化硅等离子表面处理

北京快乐8碳化硅具有相对于其他高温材料较低的平均热膨胀系数、高热导率以及耐超高温等特点,因此在高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件及紫外探测器等应用方面具有广阔的应用前景。

SiC 的键合是微加工工艺中非常重要的一个步骤,同时也是 MEMS 制造领域的难题之一。对于SiC 的直接键合而言,解决了在高温环境下的不同材料键合的热膨胀系数不匹配以及电学特性等问题,而且可以利用 SiC 的异构体直接键合来制造异质结器件。相比于同质结,异质结的器件有着许多的优点。例如,异质结场效应管能比肖特基晶体管获得更低的漏电流; 异质结双极晶体管提高了发射效率,减小了基区电阻,提高了频率响应和更宽的可工作温度范围。

在影响直接键合的因素中,表面处理对键合起着非常关键的作用,它的处理效果将直接影响键合是否能够发生以及键合后的界面效果,因为可能吸附在晶片表面的污染物、晶片表面的不平整等,最终都可能导致键合空洞的产生以及会不同程度地影响晶片表面的力学和电学特性等。目前关于 SiC 的表面处理方法,主要包括传统湿法处理、高温退火处理及 等离子体处理等方法。其中传统湿法清洗处理主 要是从硅的湿法处理演变而来,其主要包括HF 法和RCA 法。每种处理方法有着各自的特点。例如,湿法处理步骤简单易实现,但处理结果中含有 C、O、F 等污染物;高温处理可以有效地去除含 C、O 等污染物,但处理温度需要进一步优化且后续工艺兼容性差;等离子处理可以有效地去除含 O、F 等污染物,但处理温度和时间不当会给表面带来离子损伤且使SiC 表面重构。针对上述表面处理方法的特点,采用湿法清洗方法和氧气和氩气等离子体处理晶片,最后利用热压法在相对于 SiC 熔点的低温低压下实现了SiC 的直接键合,并且取得了理想的键合效果。

等离子表面处理设备处理

实验采用等离子体进行进一步的处理,降低晶片的粗糙度提高晶片的活化程度,可以获得更理想的适用于直接键合的晶片。

根据固体表面与外来物键合的理论可得,晶片表面存在大量的非饱和键时,则容易和外来物相键合。采用各种等离子体对晶片的处理,可以改变其表面的亲水性、吸附性等特征。其中等离子体表面激发技术,只会改变晶片表面层,而不会改变材料本身性质,包括力学、电学和机械特性,并且采用等离子体处理具有无污染、工艺简单、快速和高效等特点。通过多次实验,得到了分别采用氧气和氩气的具体处理方案,在后期的键合过程中都取得了成功。氧气和氩气都是非聚合性气体,利用等离子体与晶片表面的二氧化硅层表面相互作用后,活性原子和高能电子破坏了原来的硅氧键结构,使其转变为非桥 键,表面活化,并且造成和活性原子的电子结合能向 更高能量方向移动,从而使其表面存在有大量的悬挂键,同时这些悬挂键以结合OH 基团的形式存在,形成稳定结构。在经过有机碱或无机碱浸泡和一定温度退火后,表面的Si-OH 键脱水聚合形成硅氧键,增加了晶片表面的亲水性,从而更加有利于晶片的键合。对于材料的直接键合来说,亲水性的晶片表面比疏水性的晶片表面在自发键合方面更具有优势。

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