ICP刻蚀SiC机制及表面损伤的研究

ICP刻蚀SiC机制及表面损伤的研究

论文摘要

刻蚀是SiC器件制备过程中的一项关键工艺。由于SiC材料的高硬度及稳定的化学性质,普通的湿法刻蚀无法获得可行的刻蚀速率。目前,常采用的SiC刻蚀方法多为等离子体干法刻蚀,其中,ICP刻蚀由于具有可同时提供较高的等离子体密度及独立的衬底偏压源控制的特点,在较低的衬底偏压下即可获得合适的刻蚀速率,从而可以获得较低的刻蚀损伤,因此ICP刻蚀在SiC器件制备中得到广泛的应用。本文采用CF4/O2作为刻蚀气体,研究了不同刻蚀参数(包括:工作压强、ICP源功率、偏压源功率及O2流量)下ICP刻蚀SiC的刻蚀速率的变化。实验结果显示,在高ICP源功率、高偏压源功率及合适的O2含量(这里为25%)、工作压强(为1.0Pa)下可以获得高的刻蚀速率。同时利用X射线光电子能谱(XPS)及原子力显微镜(AFM)对刻蚀后样品表面污染及表面粗糙度进行分析,研究了不同参数下ICP刻蚀对SiC材料引入的表面损伤,获得了低损伤刻蚀的优化工艺条件,为ICP源功率=300W,偏压源功率=100W,CF4/O2流量=15/15sccm,工作压强=0.25Pa。文中还利用扫描电子显微镜(SEM)对刻蚀侧壁轮廓进行了观测。在对刻蚀速率、刻蚀表面污染、刻蚀表面粗糙度及刻蚀侧壁轮廓的分析基础上,文章对ICP刻蚀SiC的内在机理进行了探讨。此外,本文通过在刻蚀后的样品表面制备Ni/4H-SiC肖特基二极管,进一步衡量刻蚀对SiC电学性质的影响。实验结果显示,刻蚀引入的损伤及污染使得肖特基二极管器件电学性能严重退化。为了减少刻蚀引入的损伤,本文采用低刻蚀损伤的工艺条件对样品进行第二次刻蚀,结果表明,二次刻蚀的器件性能较一次刻蚀的器件性能有所改善。实验证明了采用第二次低损伤刻蚀处理可以一定程度地去除高刻蚀速率下引入的高表面损伤。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 SiC材料的基本性质
  • 1.2 SiC材料的发展及现状
  • 1.3 SiC材料的刻蚀综述
  • 1.4 本文工作及组织结构
  • 参考文献
  • 第二章 等离子体的相关知识
  • 2.1 等离子体理论
  • 2.2 等离子体的性质——电中性
  • 2.3 等离子体的产生方式
  • 2.4 等离子体干法刻蚀机理
  • 参考文献
  • 4/O2下ICP刻蚀SiC的机理研究'>第三章 CF4/O2下ICP刻蚀SiC的机理研究
  • 3.1 实验过程
  • 3.2 刻蚀结果与讨论
  • 3.3 小结
  • 参考文献
  • 第四章 金属/半导体肖特基接触
  • 4.1 肖特基势垒的形成
  • 4.2 肖特基势垒中的载流子输运理论
  • 4.3 肖特基势垒高度的测量
  • 参考文献
  • 第五章 ICP刻蚀对SiC材料电学性质的影响
  • 5.1 Ni/4H-SiC肖特基二极管的制备
  • 5.2 实验结果与讨论
  • 5.3 小结
  • 参考文献
  • 第六章 总结与展望
  • 附录:硕士期间发表论文及申请专利
  • 致谢
  • 相关论文文献

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