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目前,對于Si的清洗技術在國內外的研究均己經(jīng)比較成熟,如傳統(tǒng)的濕法清洗己經(jīng)很好的去除所有的表面顆粒、有機物、自然氧化層等沾污,利用緩沖HF溶液等就可以獲得比較理想的H終結表面。隨著第三代寬帶隙半導體材料不斷發(fā)展,其中SiC材料的各種優(yōu)越性使得SiC材料逐漸有取代Si的趨勢。盡管六方晶格結構的4H-SiC與Si在結晶學上結構相同,由于表面C原子的存在使得表面化學性質不同,因此Si的清洗技術并不能完全適用于材料。將SiC片浸泡在HF溶液中,表面會吸附OH,并且在950℃以上的高溫退火后才可以去除表面來自于濕法清洗過程中的氧。另外,濕法清洗后的SiCk表面通常也有CH污染物存在。因此必須尋找更好的的氫鈍化工藝,以獲得結構平整、化學性質穩(wěn)定的表面。

氫等離子體清洗SiC晶圓表面

最初的SiC表面通常存在一定厚度的污染層，其中包含顆粒(SiO、C-C鍵及其它金屬粒子的污染等)，有機物，金屬和自然氧化層。而這些污染物的存在嚴重影響著界面特性，從而影響著SiC基器件的性能。如制備SiC基MOSFET器件過程中，隨著SiO₂薄膜厚度的不斷氧化而增加時，SiO₂/SiC界面會移向襯底。SiC晶片在經(jīng)過傳統(tǒng)的濕法清洗后，表面的有機物，金屬及一些顆粒等可以很好的被去除掉，然而使用傳統(tǒng)的濕法清洗后，表面仍存在一些碳污染物和氧化物，并且SiC表面有大量的懸掛鍵存在而使其極易被氧化。

等離子體清洗

等離子體是物質的一種存在狀態(tài),是物質的第四態(tài)。等離子體狀態(tài)中,在電場中加速運動的電子和離子具有很大的動能,等離子體清洗技術即利用等離子體內的各種具有高能量的物質的活化作用,將SiC晶圓表面的氧和殘留的碳等雜質除去。

等離子體化學反應即在放電氣體中發(fā)生的反應。對常溫常壓條件下的氣體通過高溫加速電子加速離子給物質以能量,物質被解離成陰、陽離子的狀態(tài)。當氣體電離生成電子正離子一般在段時間內發(fā)生結合,回到中性分子狀態(tài),這個過程產生的電子、離子的一部分能量以電磁波等不同形式消耗,在分子離解時常生成自由基,生成的電子結合中性原子,分子形成負離子。因此,整個等離子體是電子正負離子激發(fā)態(tài)原子,原子以及自由基的混合狀態(tài)。因為各種化學反應都是在高激發(fā)態(tài)下進行的,與經(jīng)典的化學反應完全不同。這樣使等離子體的原子或分子的本性通常都發(fā)生改變,即使是較穩(wěn)定的惰性氣體也會變得具有很強的化學活潑性。在電場中加速運動的電子和離子具有很大的動能,可以更好的除去表面的氧和殘留的碳等雜質。

氫氣做為活潑氣體,其等離子體具有很強的化學反應活性,氫氣等離子體形成的過程如下：

H₂→H₂⁺ +e（式1.1）

H₂→2H^*（式1.2）

H₂ +e→H₂^* +e（式1.3）

H₂ +e→H₂+hv+e（式1.4）

H₂⁺ +e→2H* +e（式1.5）

H₂+e→H+H⁺+2e（式1.6）

式1.1表示氫氣分子在得到外界能量后變成氫氣陽離子,并放出自由電子的過程。式1.2表示氫氣分子在得到外界能量后分解形成兩個氫原子自由基的過程。式1.3表示氫氣分子在具有高能量的激發(fā)態(tài)自由電子作用下轉變成激發(fā)態(tài)。式1.4-1.5則表示激發(fā)態(tài)的氫氣分子進一步發(fā)生轉變,式1.4中,氫氣回到通常狀態(tài)的同時發(fā)出光能紫外線。

式1.5中,激發(fā)態(tài)的氫氣分子分解成兩個氫原子自由基。式1.6表示氫氣分子在激發(fā)態(tài)自由電子的作用下,分解成氫原子自由基和氫原子陽離子的過程。當這些反應連續(xù)不斷發(fā)生,就形成里氫氣等離子體。當然實際反應要比這些反應式描述的更為復雜。

由于通過離子的沖擊作用可極大促進物體表面化學反應發(fā)生的幾率,微波等離子清洗系統(tǒng)產生的氫等離子體中離子能量較低（＜2ev）,物理效應較弱,因此氫等離子體與SiC表面的反應以化學反應為主。氫等離子體清洗過程中起作用的除了氫原子,氫離子和電子外,還有處于激發(fā)狀態(tài)的電中性的氫原子或原子團（又稱自由基）,以及氫等離子體發(fā)射出的光線。因此易于與SiC表面的物質反應形成新的物質,如水、碳氫化合物等。另外,氫原子是選擇性的與表面的污染物（如C、O)等反應,并以揮發(fā)性的CHx和H₂O兩種形式消除掉。

等離子體清洗SiC晶圓具有許多溶劑進行的濕法清洗所無法比擬的特點,由于存在高活性的反應粒子,與濕法清洗相比,使用等離子體對半導體材料進行表面改性具有如下特點〕①改性僅發(fā)生在表面層,幾個埃到微米級因而不影響基本固有性能。②作用時間短幾秒到幾十秒,效率高。③不產生污染,不需要進行廢液、廢氣的處理,因而節(jié)省能源、降低成本。④工藝簡單,操作方便。