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碳化硅等離子表面處理
碳化硅具有相對于其他高溫材料較低的平均熱膨脹系數(shù)、高熱導率以及耐超高溫等特點，因此在高頻、大功率、耐高溫、抗輻照的半導體器件及紫外探測器等應用方面具有廣闊的應用前景。
SiC 的鍵合是微加工工藝中非常重要的一個步驟，同時也是 MEMS 制造領域的難題之一。對于SiC 的直接鍵合而言，解決了在高溫環(huán)境下的不同材料鍵合的熱膨脹系數(shù)不匹配以及電學特性等問題，而且可以利用 SiC 的異構體直接鍵合來制造異質結器件。相比于同質結，異質結的器件有著許多的優(yōu)點。例如，異質結場效應管能比肖特基晶體管獲得更低的漏電流; 異質結雙極晶體管提高了發(fā)射效率，減小了基區(qū)電阻，提高了頻率響應和更寬的可工作溫度范圍。
在影響直接鍵合的因素中，表面處理對鍵合起著非常關鍵的作用，它的處理效果將直接影響鍵合是否能夠發(fā)生以及鍵合后的界面效果，因為可能吸附在晶片表面的污染物、晶片表面的不平整等，最終都可能導致鍵合空洞的產生以及會不同程度地影響晶片表面的力學和電學特性等。目前關于 SiC 的表面處理方法，主要包括傳統(tǒng)濕法處理、高溫退火處理及 等離子體處理等方法。其中傳統(tǒng)濕法清洗處理主 要是從硅的濕法處理演變而來，其主要包括HF 法和ＲCA 法。每種處理方法有著各自的特點。例如，濕法處理步驟簡單易實現(xiàn)，但處理結果中含有 C、O、F 等污染物；高溫處理可以有效地去除含 C、O 等污染物，但處理溫度需要進一步優(yōu)化且后續(xù)工藝兼容性差；等離子處理可以有效地去除含 O、F 等污染物，但處理溫度和時間不當會給表面帶來離子損傷且使SiC 表面重構。針對上述表面處理方法的特點，采用濕法清洗方法和氧氣和氬氣等離子體處理晶片，最后利用熱壓法在相對于 SiC 熔點的低溫低壓下實現(xiàn)了SiC 的直接鍵合，并且取得了理想的鍵合效果。
實驗采用等離子體進行進一步的處理，降低晶片的粗糙度提高晶片的活化程度，可以獲得更理想的適用于直接鍵合的晶片。
根據(jù)固體表面與外來物鍵合的理論可得，晶片表面存在大量的非飽和鍵時，則容易和外來物相鍵合。采用各種等離子體對晶片的處理，可以改變其表面的親水性、吸附性等特征。其中等離子體表面激發(fā)技術，只會改變晶片表面層，而不會改變材料本身性質，包括力學、電學和機械特性，并且采用等離子體處理具有無污染、工藝簡單、快速和高效等特點。通過多次實驗，得到了分別采用氧氣和氬氣的具體處理方案，在后期的鍵合過程中都取得了成功。氧氣和氬氣都是非聚合性氣體，利用等離子體與晶片表面的二氧化硅層表面相互作用后，活性原子和高能電子破壞了原來的硅氧鍵結構，使其轉變?yōu)榉菢?nbsp;鍵，表面活化，并且造成和活性原子的電子結合能向 更高能量方向移動，從而使其表面存在有大量的懸掛鍵，同時這些懸掛鍵以結合OH 基團的形式存在，形成穩(wěn)定結構。在經過有機堿或無機堿浸泡和一定溫度退火后，表面的Si－OH 鍵脫水聚合形成硅氧鍵，增加了晶片表面的親水性，從而更加有利于晶片的鍵合。對于材料的直接鍵合來說，親水性的晶片表面比疏水性的晶片表面在自發(fā)鍵合方面更具有優(yōu)勢。
