碳化矽等離子表麵處理

碳化（huà）矽具有相對於其他高溫材料較低（dī）的平均熱膨脹係數、高（gāo）熱導率以及耐超（chāo）高溫等（děng）特點，因此在高頻、大功率、耐高溫、抗輻照的半導（dǎo）體器件及紫外探測器等應用方麵（miàn）具有（yǒu）廣闊的應用前景。

SiC 的鍵合是微（wēi）加工工藝中非常重（chóng）要的一個步驟，同時也是 MEMS 製造領（lǐng）域的難（nán）題之一。對於SiC 的直接鍵合而言，解決（jué）了（le）在高溫環境下的不同材料鍵合的熱膨脹係數不匹配以及（jí）電（diàn）學特性（xìng）等問題（tí），而且可以利（lì）用 SiC 的異構體直接鍵合來製造異質結（jié）器件。相比於同質結，異質結的器件有著許多的優點。例如，異質結場效應管能比肖特基晶體管獲得更低的漏（lòu）電流; 異質結雙極晶體管提高了發射效率，減小了基區電阻，提高了頻率響應和更寬的可工作溫度範圍。

在影響直接鍵合的因素中，表麵處理對鍵合起著非常關鍵的作用，它的處理效果將直接影響鍵合是否能（néng）夠發生以及鍵（jiàn）合（hé）後的界麵效果，因為可能吸附在晶片（piàn）表麵的汙染物、晶片表麵的不（bú）平整等，最終都可能導致（zhì）鍵合空洞的產生以及會（huì）不同（tóng）程度地影響晶片（piàn）表麵的力學和電學（xué）特性等（děng）。目前關於 SiC 的（de）表麵處理方法，主要包括傳統濕法處理、高溫退火處理及 等離子體（tǐ）處理等方法。其中傳（chuán）統濕法清洗處理主 要是從矽的濕法處理（lǐ）演變而來，其主（zhǔ）要包括HF 法和ＲCA 法。每種處理（lǐ）方法有著各自的特點。例如，濕（shī）法處理步驟簡（jiǎn）單易（yì）實現（xiàn），但處理結果中含有 C、O、F 等汙染物；高溫處理（lǐ）可以（yǐ）有效地去除含 C、O 等汙染物，但處理溫度需要進（jìn）一步優化且後續工藝兼容性差；等離子處理可以（yǐ）有效地去除含 O、F 等汙染物，但處理溫度和時間不當會給表麵（miàn）帶來離子損傷（shāng）且使SiC 表麵重構。針對上述表麵處理方法的特點，采用濕法清洗方法和氧氣和氬氣等離子體處理晶片，最後利用熱（rè）壓法在相對於 SiC 熔點的低溫低（dī）壓（yā）下實現了SiC 的直接鍵合，並且取得了理想的鍵合（hé）效果。

等離子表麵處理設（shè）備處理（lǐ）

實驗采用等離子體（tǐ）進行進一步的處理，降低（dī）晶片的粗糙度提高晶片（piàn）的活化程度，可（kě）以獲得更理想（xiǎng）的（de）適用於直接鍵合的晶片。

根據固體表麵與外來（lái）物鍵合（hé）的理（lǐ）論可得，晶片表麵存在大量的（de）非飽和（hé）鍵時，則容易和外（wài）來物相鍵（jiàn）合。采用各種等離子體對晶片的處理，可以改變其表麵的（de）親水性、吸附性等特征。其中等（děng）離子體表麵激發技（jì）術，隻會改變晶片表麵層，而不會改變材料本身（shēn）性質，包括力學、電學和機械特性，並且采用等離子體處理具有（yǒu）無汙染、工藝簡單、快速和高效等特點。通過多次實驗，得到了分別采用氧氣和氬氣的具體處理方案，在後期（qī）的（de）鍵合過程中都取得了成功。氧氣和氬氣都是非聚合性氣體，利用等離子體（tǐ）與晶片（piàn）表麵的二氧化矽層表麵相互作用後，活性（xìng）原子和高（gāo）能電子破壞了（le）原來的矽氧（yǎng）鍵（jiàn）結構，使其轉變為非橋 鍵，表麵活化，並且造成和活性原子的電子（zǐ）結合能向 更高能量方向移動，從而使其表麵存在（zài）有大量的懸掛鍵（jiàn），同時這些懸掛鍵以結合OH 基團的形式存在，形成穩定（dìng）結構。在經過（guò）有機堿或（huò）無機堿浸泡和一定溫度退火後，表麵的Si－OH 鍵脫水聚合形成（chéng）矽氧鍵，增加了晶片表麵的親水性，從而更加有利於晶片的鍵合。對於材料的直接鍵合來說（shuō），親水性的晶片表麵比疏水性（xìng）的晶片（piàn）表麵在自發鍵合方麵更具有優勢。