第三代半导体SiC功率器件栅氧制备设备及工艺研究

第三代半导体碳化硅（SiC）材料具备耐高压、高频、高温等优越的特性,非常适合制作大功率电力电子器件。由于Si C材料不易氧化以及碳原子结构的影响,需更高温度进行SiO2/SiC生长,且氧化后SiO2/SiC界面存在大量的碳悬挂键,给器件的迁移率及可靠性等性能等带来影响,所以一般需要更高温度能力以及具备特殊后退火处理技术的工艺设备,以满足制备SiC高性能栅氧层的需求。本文重点介绍SiC MOSFET（金属氧化层半导体场效晶体管）器件栅氧制备的工艺特点,设备原理、以及工艺制备的效果。     

生长气体流量对SiC单晶缺陷的影响

实现了熔融KOH进行SiC体单晶择优腐蚀估测缺陷密度的方法.本文报道了采用该技术对体SiC单晶缺陷密度估测的结果.腐蚀会在Si面形成六边形腐蚀坑,在C面形成圆形腐蚀坑.腐蚀速率和蚀坑形状与SiC生长工艺有关.对在高生长气流量下用PVT工艺制备的SiC样品,其刃位错、螺位错与微管密度分别为2.82×105,94和38cm-2;对在低生长气流量下用PVT工艺制备的SiC样品,其上述缺陷密度分别为9.34×105,2和29cm-2.结果表明:随着生长气体流量的增加,由于避免了N2掺杂,刃位错密度下降.     

生长气体流量对SiC单晶缺陷的影响

实现了熔融KOH进行SiC体单晶择优腐蚀估测缺陷密度的方法.本文报道了采用该技术对体SiC单晶缺陷密度估测的结果.腐蚀会在Si面形成六边形腐蚀坑,在C面形成圆形腐蚀坑.腐蚀速率和蚀坑形状与SiC生长工艺有关.对在高生长气流量下用PVT工艺制备的SiC样品,其刃位错、螺位错与微管密度分别为2.82×105,94和38cm-2;对在低生长气流量下用PVT工艺制备的SiC样品,其上述缺陷密度分别为9.34×105,2和29cm-2.结果表明:随着生长气体流量的增加,由于避免了N2掺杂,刃位错密度下降.     

纳米SiC激光熔覆陶瓷涂层组织结构分析

将激光熔覆引入纳米陶瓷涂层工艺，进行了纳米SiC的激光熔覆试验，分析了纳米陶瓷材料激光熔覆工艺的影响因素，得到了合理的纳米SiC粉末激光熔覆工艺。通过X射线衍射(XRD)分析，扫描电镜(SEM)等手段，对所制备的纳米陶瓷涂层进行组织结构分析。试验表明：采用获得的激光熔覆工艺，能够有效缓解现有纳米陶瓷涂层工艺中材料晶粒过渡生长、致密度等问题，实现高质量纳米结构SiC陶瓷涂层制备。熔覆过程中，部分SiC纳米粉末发生分解，生成Si与C，产物保持纳米结构。     

碳化硅纳米晶须的制备研究进展

介绍了制备SiC纳米晶须的方法,包括:固相碳源法(电弧放电,电阻加热蒸发,SiOx薄膜生长及CNTS受限反应法),液相碳源法(sol-gel),及气相碳源法(浮动催化剂法,Fe纳米薄膜催化法)等。分析了各种方法的特点及存在的问题。对制备SiC纳米晶须的前景与发展方向进行了评述。     

低温异质生长SiC薄膜预处理工艺研究

讨论了在热丝化学汽相沉积(HFCVD)法沿Si(111)晶面异质生长SiC薄膜的过程中,预处理工艺对SiC成膜的影响。采用硅烷、甲烷作为反应气源,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)等分析手段,进行预处理工艺的研究。获得了在低温下700~800℃制备高质量SiC薄膜的预处理工艺参数:热丝碳化温度2 000℃;HF酸蚀30 s;H2刻蚀10 min。     

梯度复合SiC耐火材料研究进展

梯度复合SiC耐火材料凭借其良好的抗热震性、机械性能及较长的使用寿命,作为电子元器件行业的耐火承烧板,有着广泛的应用.目前,这类材料主要包括PSZ-SiC,Al2O3-SiC,Mullite-SiC,PSZ-Al2O3-SiC,PSZ-Mullite-SiC等,其中,PSZ-SiC梯度复合SiC耐火材料在使用中表现出了最好的化学稳定性,但由于PSZ与SiC的热膨胀系数相差较大,使得该材料制备困难、工艺复杂.本文综述了梯度复合SiC耐火材料的分类、特点及应用现状,提出了通过复合共烧法制备PSZ-SiC梯度复合SiC耐火材料的新工艺,由此工艺制得的耐火材料抗热震性能、化学稳定性良好,能够满足电子元器件行业的要求.     

石墨烯的SiC外延生长及应用

碳化硅外延生长法是近几年重新发展起来的一种制备石墨烯的方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为了制备高质量石墨烯的主要方法之一。另外,从石墨烯在集成电路方面的应用前景来看,该方法最富发展潜力。从SiC不同极性面石墨烯的生长过程、缓冲层的影响及消除方法等方面评述了碳化硅外延法制备的特点并对其研究进展进行了介绍。最后简要概述了国内外关于SiC外延石墨烯在场效应晶体管方面的应用情况,指出了目前需要解决的主要技术问题,并对其发展前景进行了展望。     

p型SiC欧姆接触理论及研究进展

碳化硅(SiC)具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率等优异特性,是制备高温、高频、大功率器件最理想的半导体材料之一。然而,制备良好的SiC欧姆接触尤其是p型SiC欧姆接触仍然是SiC器件研制中亟需攻克的关键技术难题。首先对p型SiC欧姆接触的形成机制及金属/SiC接触势垒理论进行了深入分析。然后,对近年来p型SiC欧姆接触的重要研究进展进行了综述,包括形成欧姆接触的金属体系,制备工艺条件,获得的比接触电阻率等,并重点讨论了p型SiC欧姆接触的形成机理。最后,对未来p型SiC欧姆接触的研究方向进行了展望。     

SiC电力电子器件研究现状及新进展

由于硅材料本身的限制,传统硅电力电子器件性能已经接近其极限,碳化硅(SiC)器件的高功率、高效率、耐高温、抗辐照等优势逐渐突显,成为电力电子器件一个新的发展方向.综述了SiC材料、SiC电力电子器件、SiC模块及关键工艺的研究现状,重点从材料、器件结构、制备工艺等方面阐述了SiC二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结晶型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)及模块的研究进展.概述了SiC材料、SiC电力电子器件及模块的商品化情况,最后对SiC材料及器件的发展趋势进行了展望.     

硅熔体中3C—SiC的生长及6H—SiC晶型的抑制

论述了从硅熔体中生长3C－SiC晶体过程中6H－SiC晶型控制的一般原理,采用将硅置于高纯石墨坩埚中使其在高温条件下熔化。坩埚内壁石墨自然熔解于硅熔体中形成碳饱和的硅熔体,在石墨表面形成厚约0．2mm的SiC薄层。X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、Raman散射等分析表面所制备样品为3C－SiC多晶体,实验结果进一步证明从硅熔体中生长3C－SiC晶体过程中,通过适当调整工艺参数可以抑制6H－SiC晶型的形成。     

SiC半导体在薄膜物理制备中的研究

作为新一代的半导体材料,SiC具有优良的化学物理性质,因此,SiC薄膜的制备工艺也越来越受到人们的关注。本文主要对当前SiC薄膜的物理制备工艺进行详细的研究介绍,并进一步总结讨论了各种制备工艺的优缺点。     

6H-SiC异质结源漏MOSFET的模拟仿真研究

给出了一种新型SiC MOSFET-6H-SiC异质结源漏MOSFET。这种器件结构制备工艺简单,避免了长期困扰常规SiC MOSFET的离子注入工艺难度大、退火温度高等问题,而且具有性能优良,开态电流大,侧墙工艺简单的特点。文中分析了该器件的电流输运机制,并通过器件仿真软件ISE TCAD模拟,给出了SiC异质结源漏MOSFET伏安特性以及其和相关器件结构和工艺参数的关系。     

4°偏角4H-SiC单晶快速外延生长工艺研究

高质量快速SiC外延生长工艺技术是目前高压电力电子器件研制的关键工艺技术。采用HCl气体作为含Cl化合物,研究了不同温度、气相y(C)/y(Si)摩尔比和刻蚀工艺等对于SiC外延层质量的影响。通过优化外延工艺参数,采用原位HCl刻蚀工艺,获得了SiC单晶外延生长速率达32μm/h的快速外延生长工艺,外延层表面平滑,表面粗糙度仅0.218 nm,晶片外延层厚度不均匀性小于0.4%。     

SiCl_4外延生长硅晶体中碳沾污的热力学分析

本文采用热力学计算方法对引起SiCl_4外延生长硅晶体中碳沾污的三个来源作了较详细的分析.所得结果对外延硅中SiC沾污问题的认识,外延工艺和H_1、SiCl_4原材料制备及提纯工艺的改进将有一定的参考意义.     

SiC材料升华法生长机理

讨论了SiC晶体升华法生长机理。从SiC晶体生长过程中的化学反应,热传输,物质传输以及缺陷的形成等方面进行了探讨。分析了化学计量比和保护气体压力对SiC单晶生长及其缺陷形成的影响。通过分析得到,要获得高质量的SiC单晶,必须有效地控制各种工艺参数。     

籽晶粘接工艺对SiC单晶生长质量的影响

空洞等缺陷是SiC晶体生长中常见的缺陷之一。通过改进SiC籽晶粘接工艺,在SiC籽晶和籽晶托之间形成致密层,有效抑制了空洞缺陷的产生,改善了SiC晶体的结晶质量。采用该工艺生长的SiC晶体内已观察不到空洞缺陷,微管密度也得到抑制,晶体半峰宽40″,结晶质量良好。     

S波段功率SiC MESFET(芯片)研制

介绍了一种S波段功率SiC MESFET芯片的研制技术。针对SiC材料的特点,对4H-SiC外延材料进行了设计和仿真,同时对Al记忆效应进行了研究,优化了4H-SiC外延生长技术。研究了栅长与沟道厚度纵横比(Lg/a)对短沟道效应和漏极势垒降低效应的影响。采用了凹槽栅结构和体标记电子束直写技术以及热氧化SiO2和SiNx复合钝化层设计等新制备工艺,实现了栅、漏泄漏电流的减小和源、漏击穿电压的提高。测试结果表明,功率SiC MESFET芯片在3.4 GHz频率下脉冲输出功率大于45 W,功率增益8.5 dB,漏极效率40%。测试条件为漏极工作电压48 V,脉宽100μs,占空比10%。     

基于SiC的NPN双极型晶体管设计

利用高禁带宽度的SiC材料,设计了一种基于SiC的NPN双极型晶体管,该晶体管采用多层缓变掺杂基区结构实现。在完成晶体管结构设计基础上,仿真分析了晶体管的直流电流增益、击穿特性以及频率特性。在工艺方面,设计完成了晶体管制备工艺流程与版图。仿真结果表明,SiC双极型晶体管具有击穿电压高(BV_(CEO)=900 V)、特征频率高(f_T=5 GHz),晶体管增益适中(β=33)等特点。     

SiC外延衬底研究现状及其应用前景

随着国民经济发展"节能减排"任务的加剧,以及新兴电子系统变化的要求,电子系统对半导体元器件技术提出了高密度、高速度、低功耗、大功率、宽工作温度范围、抗辐射和高可靠等性能的要求。SiC单晶材料作为新兴的三代半导体衬底材料正好满足这些要求,被认为是制备微波器件、高频大功率器件、高压电力电子器件的优良衬底材料。分别介绍了传统Si-C-H体系和高速Si-C-H-Cl体系SiC外延工艺研究现状,同时介绍了新颖的高纯半绝缘SiC外延工艺研究状况。论述了SiC外延衬底在电力电子器件、微波器件等方面的应用,阐述了SiC外延衬底在未来节能减排、经济建设中的重要性。