碳化硅板材是第3代半導(dǎo)體器件，擁有高臨界穿透靜電場、高導(dǎo)熱系數(shù)、高自由電子飽和漂移速度等特性，在高耐壓、高溫高頻率和防輻射半導(dǎo)體器件層面，能實現(xiàn)硅材料無法實現(xiàn)的大功率無耗的良好性能，是高端半導(dǎo)體功率器件的最前沿方向。
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但經(jīng)傳統(tǒng)濕法處理后的碳化硅表層存在著殘留有C雜質(zhì)和表層易于被氧化等缺陷，導(dǎo)致在碳化硅上不容易形成優(yōu)良的歐姆接觸和低界面態(tài)的MOS架構(gòu)，這嚴(yán)重影響了功率器件的性能。plasma清潔機等離子體提高金屬材質(zhì)物質(zhì)，干法刻蝕系統(tǒng)可以在低溫下形成低能離子和高電離度高濃度高活化高純氫等離子體，導(dǎo)致在低溫下除去C或OH-等雜質(zhì)離變成了可能。
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由濕法清洗后和氫等離子體表面處理儀處理后的RHEED圖像，我們發(fā)現(xiàn)濕法處理碳化硅表層呈點伏狀，這表明經(jīng)濕法處理的碳化硅表層不平整，有局部的突出。而經(jīng)過等離子處理后的RHEED圖像成條紋狀，這表明表層非常平整。經(jīng)傳統(tǒng)濕法處理的碳化硅表層存在的主要雜物為碳和氧。這些雜物在低溫條件下就可以與H原子發(fā)生反應(yīng)，以CH、和H2O的形式從表層去除掉。經(jīng)過等離子體處理后表層的氧的含量比傳統(tǒng)濕法清洗的表層氧含量顯著降低。
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我們知道表層存在雜質(zhì)C是制造半導(dǎo)體MOS器件或者歐姆接觸的一大障礙，如果經(jīng)氫等離子體表面處理儀處理后Cls的高能尾巴消失，即CC-H污染消失，就會更易于制備高性能的歐姆接觸和MOS器件。經(jīng)等離子體處理后CIs的高能端尾巴消失，同時我們發(fā)現(xiàn)未經(jīng)等離子體處理的碳化硅表層Cls峰相對與等離子體后的Cls遷移了0.4ev，這是由于表層存在C/C-H化合物造成的。
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未經(jīng)過氫等離子體表面處理儀處理的Si-C/Si-O譜峰強度之比(面積之比)為0.87。經(jīng)過處理的Si-C/Si-O的XPS譜峰強度之比(面積之比)為0.21,與沒有經(jīng)等離子體處理的相比下降了75%。經(jīng)過濕法處理的表層Si-O的含量明顯高于經(jīng)過等離子體處理的表層。高能電子衍射(RHEED分析發(fā)現(xiàn)氫等離子體表面處理儀處理后的碳化硅表層比傳統(tǒng)濕法處理的碳化硅表層更加平整，而且處理后表層出現(xiàn)了(1x1)架構(gòu)。
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氫等離子體表面處理儀處理可以有效除去表層的碳污染，暴露在空氣中30分鐘后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)氫等離子體表面處理儀處理的碳化硅表層氧的含量能明顯低于傳統(tǒng)濕法清洗的表層，經(jīng)氫等離子體表面處理儀處理的表層抗氧化能力顯著提高，這就為制造歐姆接觸和低界面態(tài)的MOS器件打下了良好的基礎(chǔ)。
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