碳化矽等離子表麵處理

碳化矽具有相對於其他高（gāo）溫材料較低的（de）平（píng）均熱膨脹係數、高熱導率以及耐超高溫等特點，因（yīn）此在高頻、大（dà）功率、耐高溫、抗輻照的半導體器件及紫外探測器等應用（yòng）方麵具有廣闊的應用前（qián）景。

SiC 的鍵合是微加工工藝中非常重要的一個步驟，同時也是 MEMS 製造領域的難題之一。對於SiC 的（de）直接鍵合而（ér）言（yán），解決了在高溫環（huán）境下的不同材料鍵合的熱膨脹係數不匹配以及電學（xué）特性等問題，而（ér）且（qiě）可以利用 SiC 的異構體直接鍵合來（lái）製造異質結器件。相比於同質（zhì）結，異質（zhì）結的器件有著許多的優點。例如，異質結（jié）場效應管能比肖特基晶體（tǐ）管獲得更低的漏電流; 異質（zhì）結雙極（jí）晶體（tǐ）管提高了發（fā）射效率，減小（xiǎo）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（jiàn）合（hé）的因素中，表麵處理對（duì）鍵合起著非常關鍵的作用，它的處理效果將（jiāng）直接影響鍵合是否能（néng）夠發生以及鍵合後的界麵效果（guǒ），因為可（kě）能吸附在（zài）晶（jīng）片表麵的汙染物、晶片表麵的不平整等，最終都可能（néng）導致鍵合空洞的產生（shēng）以及會不同程度地影響晶片表麵的（de）力學和電學特性等。目前關於 SiC 的表麵（miàn）處（chù）理（lǐ）方法，主要包括傳統濕法處（chù）理（lǐ）、高溫退火處理及（jí） 等離子體處理等方法。其中傳統（tǒng）濕法清洗處理主 要是（shì）從矽的濕法處理演變而（ér）來，其主要包括（kuò）HF 法和ＲCA 法。每種處理方法有（yǒu）著各自的特點。例（lì）如，濕法（fǎ）處理步驟簡單易實現，但處理（lǐ）結（jié）果中含有（yǒu） C、O、F 等汙染物；高（gāo）溫處理可以有效地去除含 C、O 等（děng）汙染物，但處理溫度需要進一步優化且後續工藝兼容性差；等離子處理可以有效地去除（chú）含 O、F 等汙（wū）染物，但處理溫度（dù）和時間不當（dāng）會給表麵帶來離（lí）子損傷且使（shǐ）SiC 表麵重構。針（zhēn）對上述表麵處理方法的特點（diǎn），采用濕法清洗方法和氧氣和氬（yà）氣等離（lí）子體（tǐ）處理（lǐ）晶片，最後利用熱壓法在相對於 SiC 熔點（diǎn）的低溫低壓下實（shí）現了SiC 的直接鍵（jiàn）合，並且（qiě）取得了理想的（de）鍵合效果。

等離子表麵處理設備處理（lǐ）

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

根據固體表麵與（yǔ）外來物鍵合的理論可得，晶片表麵存在大量的非飽和鍵時，則容易和外來物相鍵合（hé）。采用各種等（děng）離子體對晶片（piàn）的處（chù）理，可以改變其表麵的親水性、吸附性等特征（zhēng）。其（qí）中等離子體表麵（miàn）激（jī）發技術，隻會改變晶片表麵層，而不（bú）會改變材料本身性質，包括力學、電學和機械特性，並且采（cǎi）用（yòng）等離子體處理具有無汙染、工藝簡單、快速和高效（xiào）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（àn），在後期的鍵合過程中都取得（dé）了成功（gōng）。氧氣和氬氣都（dōu）是非聚合性氣體，利（lì）用等離子體與晶（jīng）片表麵的二氧化矽層表麵相互作用（yòng）後，活性原子和高（gāo）能電子破壞了原（yuán）來的矽（guī）氧鍵結構（gòu），使其轉變為非橋 鍵，表麵活化，並且造成和（hé）活性原子的電子結合能向 更高能量方（fāng）向移動，從而使其表麵存在有（yǒu）大量的（de）懸掛鍵，同時這些懸掛鍵以結合OH 基團的（de）形式存在，形成穩定（dìng）結構。在經過有機堿（jiǎn）或無機堿浸泡和一定溫（wēn）度退火後，表麵（miàn）的Si－OH 鍵脫水聚合形成矽（guī）氧鍵，增（zēng）加了晶片表麵的親水性，從而更（gèng）加有利（lì）於晶片的鍵（jiàn）合。對於材料的直接鍵合（hé）來說，親水性的晶片（piàn）表（biǎo）麵比疏水性的晶片表麵在自發（fā）鍵合方（fāng）麵更具有優勢。