碳化硅的氧化

Rad聊碳化硅 · 2020-11-26

碳化硅的氧化

碳化硅系列第43篇

如果感觉文章很长

那是我们要走很远

为了在衬底上得到SiO2,直接热氧化碳化硅衬底即可。碳化硅是唯一一种可以通过热氧化得到高质量SiO2的化合物半导体,理论上方程式如下:

SiC+1.5O2→SiO2+CO

也就是生长100nm的SiO2,要消耗46nm的SiC。

工艺又分为干法和湿法。

氧化的速率与极性面相关:

所有晶面中,(000-1)碳面的氧化速率最快,(0001)硅面的氧化速率最慢。(000-1)碳面的氧化速率是(0001)硅面的8-15倍。1000℃下氧化5h,(000-1)硅面为80nm,而(0001)碳面为10nm。也是一种破坏性鉴别极性面的方法。

而且,氧化速率接近抛物线:

d^2+Ad=Bt

d为氧化厚度,t为时间,A、B为测定的参数。

实际上,会存在其他的氧化形式:

SiC+O2→SiO2+C

由此,可能存在碳缺陷。

降低SiO2与SiC界面处缺陷,有这么几种方法:

氧化后退火:热氧化后在惰性气体(Ar/N2)中退火。

氧化氮化:热氧化后,通入含N气体(NO/N2O/NH3)退火;或者直接在N气体(NO/N2O/NH3)中氧化。

其他气氛/溶液下氧化或退火:包括POCl3/Na溶液等。

沉积其他层:

SiC直接热氧化的缺陷为 1.3x10^11cm-2,回归原始方法,沉积Si,再热氧化为SiO2,缺陷数为1.2x10^10cm-2。值得注意的事情是,对界面的表征十分困难,TEM、XPS、AES、EELS都难以得到很好的结果,所以该数字存疑。

沉积其他绝缘体,比如Al2O3、AlN、AlON等。

参考文献

SiC领域20年来的重大技术突破,京都大学将品质提高约10倍

碳化硅技术基本原理

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