碳化硅衬底中的亚表面损伤

2022-11-03

半导体碳化硅（4H-SiC）具有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁移率高、热导率高和化学稳定性好等优异性能，已在电力电子、射频微波和量子信息等领域展示了重要的应用潜力。4H-SiC衬底是各种4H-SiC器件的基础材料，其机械加工过程主要包括切片、研磨和化学机械抛光。由于4H-SiC的高硬度和高脆性，在其机械加工过程中容易产生大量损伤。即使化学机械抛光可使4H-SiC衬底具有适宜外延生长的光滑表面，但是在其亚表面区域仍可能存在损伤。这些亚表面损伤在后续4H-SiC外延薄膜生长中可作为位错的形核点，严重影响4H-SiC外延薄膜的质量。目前，4H-SiC衬底的亚表面损伤的性质及其产生原因尚不明确，导致研究者们难以针对性地开发新型的加工工艺予以消除。因此，准确识别4H-SiC衬底中的亚表面损伤，并阐明其性质和起源，对于提高4H-SiC衬底质量具有重要意义。

近日，浙江大学杨德仁院士团队的皮孝东教授和王蓉研究员等人通过光化学腐蚀实现了4H-SiC衬底中亚表面损伤的准确识别，并通过拉曼光谱和熔融碱腐蚀分析了亚表面损伤的性质。研究结果表明，亚表面损伤仍是晶态的，只是受到了应力作用。熔融碱腐蚀后，亚表面损伤的形貌与表面划痕的熔融碱腐蚀形貌相似，其尺寸与研磨过程中所使用的磨粒尺寸相近。这表明4H-SiC衬底中的亚表面损伤主要是由衬底研磨而引入的，而非由化学机械抛光所引入。为了抑制亚表面损伤，必须改善衬底研磨工艺或延长化学机械抛光时间以充分去除研磨引入的损伤层。该工作将有助于高质量4H-SiC衬底加工技术的发展。

该文章以题为：“Identification of subsurface damage of 4H-SiC wafers by combining photo-chemical etching and molten-alkali etching” 发表在Journal of Semiconductors上。

图1. （a）光化学腐蚀的示意图，以及光化学腐蚀后4H-SiC衬底中亚表面损伤的光学显微镜和原子力显微镜图像; （b）熔融碱腐蚀的示意图，以及熔融碱腐蚀后4H-SiC衬底中亚表面损伤的光学显微镜和扫描电子显微镜图像。

图2.（a）研磨；（b）化学机械抛光；（c）光化学腐蚀；以及（d）熔融碱腐蚀后的4H-SiC衬底及其中亚表面损伤的示意图。

文章信息：

Identification of subsurface damage of 4H-SiC wafers by combining photo-chemical etching and molten-alkali etching

Wenhao Geng, Guang Yang, Xuqing Zhang, Xi Zhang, Yazhe Wang, Lihui Song, Penglei Chen, Yiqiang Zhang, Xiaodong Pi, Deren Yang, Rong Wang

J. Semicond. 2022, 43(10): 102801 doi: 10.1088/1674-4926/43/10/102801

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/10/102801

来源：半导体学报公众号