新型半导体材料SiC

1、新型半导体材料sic结构及特性使用 si 器件的传统集成电路大都只能工作在 250 以下，不能满足高温、高功率及高频等要求。sic 具有独特的物理性质和电学性质，是实现高温、高频、抗辐射相结合器件的理想材料。从结构上来说，主要有两类：闪锌矿结构，简称3c &-sic（3c-sic:abcabc）;六角型或菱形结构，简称-sic（主要包括6h-sic:abcacbabcacb; 4h-sic: abacabac）。 a，b，c为si-c四面体密堆积3种不同的位置 sic 单位晶体结构 几种常见 sic 晶体形态的对垒模型相比si及gaas，sic材料有绝缘破坏电场大、带隙大，导热率高、电

2、子饱和速度快及迁移率高等特性参数，决定sic功率元器件具有易降低导体电阻，高温下工作稳定及速度快等优势。然而目前sic主要面临的挑战是出现电磁干扰(emi) 问题及成本较高问题特性参数生产关键技术sic晶体生长 sic具有高的化学和物理稳定性，使其高温单晶生长和化学处理非常困难。早期pvt法生长单晶：sic源加热到2000以上，籽晶与源之间形成一定的温度梯度，使sic原子通过气相运输在籽晶上生成单晶。主要受气相饱和度控制，生长速度和饱和度成正比。 pvt法生长的单晶几乎都是4h、6h-sic，而立方的sic中载流子迁移率较高，更适合于研制电子器件，但至今尚无商用的3c-sic。另外，sic体单

3、晶在高温下(2000)生长，参杂难以控制，特别是微管道缺陷无法消除，所以sic体单晶非常昂贵。pvt 法晶体生长室示意图 外延 外延生长技术主要有四种：化学汽相淀积(cvd)、 液相外延生长(lpe) 、汽相外延生长(vpe) 、分子束外延法(mbe)化学机械抛光 由于sic有很高的机械强度和极好的耐化学腐蚀的特性，相比于传统的半导体材料（硅和砷化镓）它很难进行抛光。用胶体氧化硅对 sic 进行化学机械抛光是目前比较常见的一种方法，抛光剂是二氧化硅颗粒的悬浮液，二氧化硅颗粒的粒度只有几十纳米。拋光前拋光后 50h拋光后 70h拋光后 20h氧化 sic是化合物半导体中唯一能够由热氧化形成sio

4、2的材料。采用与 si 工艺类似的干氧、湿氧方法进行 sic 的氧化，氧化温度 11001150 之间，但氧化速率较慢，一般仅为几个nm/min。氧化速率与表面晶向有关，碳面氧化速率是硅面的 510 倍；另外，氧化速率还依赖于衬底参杂浓度，随参杂浓度的增加而增加。刻蚀 由于sic材料的高稳定性，无法对它进行普通的湿法腐蚀。所以，只能采用干法刻蚀技术，以 cf、sf、chcl3等 f 系、cl 系气体和o2 为刻蚀剂，以溅射 al 膜为掩蔽材料。通常可获得 10100nm/min 左右的刻蚀速率和较高的选择性。掺杂 由于sic 的键强度高，杂质扩散的温度(>1800)大大超过标准器件工艺的

5、条件，sic材料的高密度和低杂质扩散系数，而常温离子注入又存在缺陷无法恢复、杂质激活率低的问题。所以器件制作工艺的参杂不能采用扩散工艺，只能利用外延控制参杂和高温离子注入，得到无损伤的注入区和注入杂质的高比率激活。金属化技术 金属化技术用于在sic材料表面上形成良好的奥姆接触和肖特基势垒接触。用nicr合金替代ni可以解决这些问题，这是应为cr有很强的氧化倾向，很容易和半导体表面存在的氧结合而获得牢固的粘接强度；另一方面cr也极易与sic表面多余的c形成碳化物而具有极好的物理和化学稳定性；此外cr也是优良的扩散阻挡层材料。产品及应用目前重点开发的器件类型应用：市场主要企业：以美国cree公司为首美系供货商，主导sic的