SiC器件不同濕法腐蝕工藝的腐蝕機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域

碳化硅（SiC）具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)異特?性，是制備高性能功率器件等半導(dǎo)體器件的理想材料。得益于工藝簡(jiǎn)單、操作便捷、設(shè)備要求低等優(yōu)點(diǎn)，濕法腐?蝕已作為晶體缺陷分析、表面改性的常規(guī)工藝手段，應(yīng)用到了?SiC?晶體生長(zhǎng)和加工中的質(zhì)量檢測(cè)以及?SiC?器件制造。根據(jù)腐蝕機(jī)制不同，濕法腐蝕可以分為電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。本文綜述了不同濕法腐蝕工藝的腐蝕機(jī)理、腐蝕?裝置和應(yīng)用領(lǐng)域，并展望了?SiC?濕法腐蝕工藝的發(fā)展前景。

20 世紀(jì) 70 年代以來，半導(dǎo)體功率器件快速發(fā)展，目前已成為現(xiàn)代社會(huì)各種電力電子系統(tǒng)中的核心電 子元件，大量應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、交通工具、電力傳輸?shù)燃夹g(shù)領(lǐng)域。隨著智能電網(wǎng)、軌道交通、新能源汽車 等現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展更新，人們對(duì)于半導(dǎo)體功率器件的要求也變得越來越苛刻。半導(dǎo)體 碳化硅（SiC）具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)異特 性，是制備高性能功率器件等半導(dǎo)體器件的理想材料，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)革新的路徑之一。?

器件的質(zhì)量首先取決于材料本身的質(zhì)量，目前產(chǎn)業(yè)化的 SiC 材料中仍含有多種晶體缺陷，嚴(yán)重阻礙了 SiC 器件的進(jìn)一步發(fā)展。晶體質(zhì)量表征和缺陷分析是改善 SiC 晶體質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，目前主要的研究方法 是濕法腐蝕。濕法腐蝕裝置簡(jiǎn)易，操作過程簡(jiǎn)單，對(duì)材料的幾何外形沒有特殊要求，適合用于 SiC 晶體 缺陷表征。濕法腐蝕針對(duì) SiC 晶體不同極性面的材料去除率不同，腐蝕后的表面形貌也不同，可以用于 鑒別晶體的極性。SiC 每一種多型體堆垛序列不一樣，腐蝕速率和腐蝕特性不一樣，濕法腐蝕可以用于 鑒定 SiC 多型體。除此之外，腐蝕在 SiC 器件制造過程也有相關(guān)應(yīng)用，目前圖形轉(zhuǎn)移工藝主要采用反應(yīng) 性離子刻蝕（RIE）、高溫氣體刻蝕等干法刻蝕技術(shù)，而濕法腐蝕具有腐蝕速率高、缺陷選擇性等特點(diǎn)， 可以作為干法刻蝕的技術(shù)補(bǔ)充。

SiC 的濕法腐蝕過程主要包括晶體表面氧化、氧化產(chǎn)物后續(xù)溶解兩個(gè)步驟，晶體表面氧化需要電化學(xué) 電路或者化學(xué)反應(yīng)提供空穴，其中通過電化學(xué)電路提供空穴的稱為電化學(xué)腐蝕，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生空穴的 稱為化學(xué)腐蝕。本文主要介紹不同濕法腐蝕工藝的腐蝕機(jī)理、腐蝕裝置和應(yīng)用領(lǐng)域，并展望濕法腐蝕 在 SiC 技術(shù)領(lǐng)域里的應(yīng)用前景。?

1 電化學(xué)腐蝕 ? ?

電化學(xué)腐蝕主要包括陽極腐蝕、無電極腐蝕、光電化學(xué)腐蝕等。陽極腐蝕是通過外部電壓注入空穴去 除成鍵電子，使晶體表面被氧化，生成的氧化物溶解到電解液中。無電極腐蝕不需要施加外部電壓，半 導(dǎo)體材料的氧化由電解液中氧化劑的電勢(shì)驅(qū)使，半導(dǎo)體中的價(jià)帶電子不斷消耗產(chǎn)生空穴。無電極腐蝕往 往會(huì)引入光照輔助，能量等于或者大于晶體禁帶寬度的光子照射可以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)[21]。光生空穴有助 于晶體表面氧化，多余電子被氧化劑還原消耗，若腐蝕系統(tǒng)存在電接觸，多余電子被輔助電極還原消耗， 該腐蝕類型稱為光電化學(xué)腐蝕。?

1.1 電化學(xué)腐蝕機(jī)理?

SiC 晶體的電化學(xué)腐蝕過程一般分為兩個(gè)步驟：第一步，腐蝕過程產(chǎn)生空穴，SiC-電解液界面形成電 流，SiC 被氧化成 SiOx和 COx，反應(yīng)過程如（1）（2）所示；第二步，氧化產(chǎn)物 SiOx和 COx溶于電解液中， 以 HF 溶液作為電解液時(shí)，反應(yīng)方程式如（3）（4）所示。

SiC + 4H2O + 8h?+?→ SiO2?+ CO2?+ 8H?+?（1）?

SiC + 2H2O + 4h?+?→ SiO + CO + 4H?+?（2）?

SiO2?+ 6HF → 2H?+?+ SiF6?2??+ 2H2O （3）

SiO + 6HF → 4H?+?+ SiF6?2??+ H2O （4）

SiC 發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，晶體和電解液界面的能帶結(jié)構(gòu)和肖特基接觸相似，p 型和 n 型導(dǎo)電類型腐蝕 情況有所區(qū)別。此處討論 HF 溶液作為電解液時(shí)的情況。如圖 1（a）所示，在無外加電壓情況下，p 型 SiC 的費(fèi)米能級(jí) EF和 HF?電解液的氧化還原能級(jí) Eredox?在界面處保持平衡，SiC 能帶向下彎曲，導(dǎo)致空 穴遷移至晶體內(nèi)部，界面處產(chǎn)生空間電荷區(qū)，此時(shí)腐蝕過程無法進(jìn)行。外加正電壓時(shí)，EF?向下平移，SiC 能帶逐漸拉平甚至向上彎曲，能帶拉平時(shí)的外加電壓稱為平帶電壓 Vfb，如圖 1（b）所示。所以，外加電 壓 V≥Vfb?時(shí)，不存在阻止空穴遷移至界面的勢(shì)壘，腐蝕過程可以發(fā)生。相比較，n 型 SiC 的腐蝕情況和 p 型不一樣，如圖 1（c）所示，在無外加電壓情況下，SiC 能帶向上彎曲，可以驅(qū)使空穴遷移至界面，但是 作為少數(shù)載流子空穴的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，所以還需要紫外光照射產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在空間電荷區(qū)分離，然后 腐蝕過程才能進(jìn)行。

1.2 電化學(xué)腐蝕裝置?

SiC 半導(dǎo)體材料的電化學(xué)腐蝕裝置一般采用三電極電化學(xué)體系。在圖 2（a）所示的裝置中，n 型 4H-SiC 晶片作為工作電極（WE），鉑電極作為輔助電極（CE），甘汞電極作為參比電極（RE）。實(shí)驗(yàn) 過程中，需要使用一個(gè)特制的夾具將晶片固定，保證只有樣品部分與電解液接觸，以避免產(chǎn)生雜散電流， 其外加電壓由恒電位儀提供。如圖 2（b）所示，Yang 等將三電極電化學(xué)腐蝕裝置置于超聲波清洗機(jī) 中，超聲波功率和頻率分別為 240 W 和 40 kHz。超聲振動(dòng)顯著提高了 n 型 4H-SiC 晶片（0001）面的氧化 速率，在初始氧化階段，氧化速率大約提高了 34%，之后趨于穩(wěn)定，后續(xù)氧化過程速率大約提高 11%。SiC 晶體電化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，單純的電化學(xué)腐蝕效率不高，結(jié)合超聲、振動(dòng)、光照等外部輔助能量可以有效 提高腐蝕速率，復(fù)合電化學(xué)腐蝕是電化學(xué)腐蝕裝置的發(fā)展趨勢(shì)。

1.3 電化學(xué)腐蝕應(yīng)用

1.3.1 SiC 表面改性?

電化學(xué)腐蝕具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、樣品要求低等優(yōu)勢(shì)，適合晶體表面改性，是制備多孔 SiC 的方法之一， 多孔 SiC 在光電器件、儲(chǔ)能材料等領(lǐng)域有應(yīng)用前景。Shishkin 等研究了在外加低電壓/低電流條件中， 重?fù)?n 型 4H-SiC 在 HF 溶液中不同晶向的光電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，腐蝕形貌顯示其氧化過程形成多孔結(jié)構(gòu)是各 向異性的。在光照條件下，以硅原子終止的晶面比以碳原子和硅碳混合原子終止的晶面更能抵抗電解液侵蝕。所以，觀察到的多孔形態(tài)呈圖 3（a）所示的三角形通道狀，而且多孔結(jié)構(gòu)不會(huì)隨著外加電場(chǎng)方向 的變化而改變。Ke 等在 50 mA/cm2?電流密度、1% HF 電解液濃度等腐蝕條件下，對(duì) p 型 4H-SiC 晶片 Si 面進(jìn)行電化學(xué)腐蝕拋光，表面粗糙度為 1.5 nm，拋光速率達(dá)到 0.67 μm/min。Shor 等對(duì) HF 溶液中的 n 型 6H-SiC 進(jìn)行紫外光照射輔助陽極腐蝕，制備了孔徑 10?30 nm、孔間距 5?150 nm 的多孔 SiC。Yang 等通過 4H-SiC（0001）面在 NaCl 溶液中陽極氧化然后 HF 腐蝕，反復(fù)處理制備多孔 SiC。如圖 3（b）所示， SiC 表面小腐蝕坑主要沿著 SiC 凸起<1000>、<0100>和<0010>晶向的反方向生成，4H-SiC 是一種各向異性晶體，在這三個(gè)方向的氧化速率較高，該過程可以產(chǎn)生六邊形腐蝕坑。氧化/腐蝕處理之后，（11?20）、 （?2110）和（1?210）晶面暴露在電解液中快速被氧化，導(dǎo)致腐蝕坑的擴(kuò)展，SiC 凸起繼續(xù)生成小腐蝕坑， 利用該方法可以制備多層級(jí)多孔 SiC 結(jié)構(gòu)。

1.3.2 SiC 器件制造?

電化學(xué)腐蝕具有腐蝕速率高、缺陷選擇性腐蝕等特點(diǎn)，在 SiC 器件制造方面也有一定的應(yīng)用前景。Shor 等對(duì) n 型 β-SiC 晶體進(jìn)行光電化學(xué)腐蝕，借助 257 nm 波長(zhǎng)紫外光照射，晶體表面產(chǎn)生大量的光生 空穴，可以迅速將 SiC 氧化，腐蝕速率最高可達(dá)到 100 μm/min。研究人員又通過紫外燈輔助光電化學(xué)腐蝕 技術(shù)和光刻技術(shù)相結(jié)合，對(duì) β-SiC 晶圓進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移。電化學(xué)腐蝕速率高而且摻雜選擇性的特點(diǎn)是反應(yīng)離 子刻蝕（RIE）等 SiC 干法刻蝕方法不具備的，圖 4（a）是電阻器彎折結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移的形貌，腐蝕之后的 表面相對(duì)比較粗糙。Dorp 等[50]研究發(fā)現(xiàn) n 型 4H-SiC 在 KOH 溶液中進(jìn)行光電化學(xué)腐蝕，低光照強(qiáng)度下 出現(xiàn)一個(gè)限制光電流，高光照強(qiáng)度下晶體會(huì)發(fā)生鈍化，不容易進(jìn)一步腐蝕。Kato 等對(duì) n 型 6H-SiC 進(jìn)行 電化學(xué)腐蝕，研究發(fā)現(xiàn)晶體腐蝕速率和表面極性、KOH 濃度、溶液溫度、電流密度以及紫外光照強(qiáng)度相 關(guān)，腐蝕過程伴隨氧化膜的生成和剝離，晶體表面變得粗糙。其中，在電流密度 1 mA/cm2、KOH 濃度 1 wt.%、 溶液溫度 50?55 ℃外加紫外光照條件下可以獲得相對(duì)較為平整的晶體腐蝕表面，利用 Ni 金屬掩膜可以制 備設(shè)計(jì)的圖形結(jié)構(gòu)，如圖 4（b）所示，腐蝕表面的粗糙度比較大，需要后續(xù)工藝改善。目前，濕法腐蝕在 圖形轉(zhuǎn)移方面可以作為干法刻蝕的技術(shù)補(bǔ)充，需要進(jìn)一步研究精確控制腐蝕速率，減小腐蝕表面粗糙度， 以滿足小尺寸圖形化的要求。

2 化學(xué)腐蝕 ? ?

化學(xué)腐蝕是一種可以簡(jiǎn)單快速鑒定單晶中存在缺陷的方法，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料晶體缺陷的表 征，不同缺陷的類型和密度可以根據(jù)腐蝕坑的形狀和數(shù)量確定。SiC 具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，普通的 腐蝕劑難以腐蝕，上世紀(jì)五六十年代研究發(fā)現(xiàn)，高溫下 Na2B4O7、Na2CO3、PbO 等熔融鹽可以對(duì) SiC 造成 腐蝕。上述熔融鹽添加其他腐蝕劑一定程度上可以降低腐蝕溫度和熔體粘度，但是腐蝕溫度還是超過 800 ℃，導(dǎo)致各種坩堝嚴(yán)重腐蝕。相比較，KOH 及其混合腐蝕劑優(yōu)勢(shì)明顯，腐蝕溫度不超過 600 ℃，使用 鎳坩堝無腐蝕性，廣泛應(yīng)用于 SiC 化學(xué)腐蝕。?

2.1 化學(xué)腐蝕機(jī)理?

化學(xué)腐蝕的腐蝕機(jī)理和電化學(xué)腐蝕不同，其腐蝕過程沒有載流子和電解質(zhì)參與，不受外部電勢(shì)的影響。腐蝕劑中的活性分子直接打開晶體表面的化學(xué)鍵生成氧化物，然后溶于腐蝕劑。熔融 KOH 腐蝕 SiC 單 晶過程與 SiC 熱氧化過程相似，材料表面形成氧化層，然后溶于 KOH，反應(yīng)過程如（5?8）式所示，增加 氧氣濃度、提高腐蝕溫度有利于提高腐蝕速率。

SiC + 2KOH + 2O2?→ K2CO3?+ SiO2?+ H2O （5）

SiC + 3K2CO3?→ K2SiO3?+ 2K2O + 4CO （6）

2KOH + SiO2?→ K2SiO3?+ H2O （7）?

K2CO3?+ SiO2?→ K2SiO3?+ CO2?（8）

如圖 5（a）所示，6H-SiC 晶片 C 面的腐蝕速率和溫度滿足阿倫尼烏斯公式，活化能為 15?20 kcal/mol （0.65?0.87 eV），不同極性表面差異很大，C 面的腐蝕速率大約是 Si 面的 4 倍。C 面和 Si 面的不同腐 蝕結(jié)果表明 SiC 在 KOH 腐蝕過程中存在表面氧化限速步驟。Fukunaga 等使用熔融 KOH 腐蝕對(duì) SiC 進(jìn)行微加工，研究發(fā)現(xiàn) 490 ℃時(shí) C 面的腐蝕速率達(dá)到 3.1 μm/min，Si 面則只有 35.5 nm/min，計(jì)算得到 Si 面的腐蝕活化能為 1.4 eV。由于 Si 面的表面自由能相對(duì)較高，腐蝕過程表現(xiàn)出各向異性，微管、疇壁、位 錯(cuò)等典型晶體缺陷位置優(yōu)先被腐蝕。相比較，C 面的表面自由能較低，腐蝕速率較快，整個(gè)晶面腐蝕 過程趨于各向同性。如圖 5（b）所示，Si 面微管腐蝕坑尺寸和腐蝕時(shí)間呈線性關(guān)系，過度腐蝕會(huì)導(dǎo)致 腐蝕坑合并，不利于表面缺陷的觀察；C 面則呈現(xiàn)非線性關(guān)系，長(zhǎng)時(shí)間腐蝕也不會(huì)增加腐蝕坑的尺寸，不 能表現(xiàn)出缺陷特性。

2.2 化學(xué)腐蝕裝置?

早期使用的熔融 KOH 腐蝕裝置相對(duì)比較簡(jiǎn)單，如圖 6（a）所示，腐蝕過程在垂直式陶瓷爐中進(jìn)行， 使用鎳坩堝作為熔融 KOH 反應(yīng)器，熱電偶置于坩堝底部。該腐蝕裝置存在許多不足之處：（1）腐蝕裝置 沒有密閉性，周圍環(huán)境中存在不利于人體健康的 KOH 蒸氣；（2）KOH 吸收空氣中的 CO2?和 H2O，組分發(fā)生變化導(dǎo)致熔體溫度波動(dòng)；（3）熱電偶沒有直接接觸 KOH 熔體，腐蝕之前需要對(duì)兩者溫度差進(jìn)行校正。針對(duì)這些問題， Sakwe 等對(duì)熔融 KOH 腐蝕裝置進(jìn)行了改裝和優(yōu)化，如圖 6（b）所示，該腐蝕裝置具 有以下優(yōu)勢(shì)：（1）使用石英管復(fù)合雙區(qū)加熱系統(tǒng)和隔熱裝置，提高加熱效率，保證溫度曲線平穩(wěn)；（2） 使用可校準(zhǔn)溫度控制單元和 NiCr-Ni 熱電偶，直接控制 KOH 熔體內(nèi)部的實(shí)際溫度；（3）使用通風(fēng)櫥和真 空泵隔離 KOH 熔體和外部環(huán)境，保證熔體組分穩(wěn)定和工作環(huán)境安全。

2.3 化學(xué)腐蝕應(yīng)用?

2.3.1 SiC 晶體質(zhì)量表征?

SiC 晶體質(zhì)量表征的主要方法是化學(xué)腐蝕，穩(wěn)定可控的化學(xué)腐蝕條件對(duì)于統(tǒng)計(jì)腐蝕坑數(shù)量計(jì)算缺陷密 度的方法非常有利，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化工藝也是實(shí)現(xiàn)晶體缺陷腐蝕可重復(fù)驗(yàn)證的重要方法。Siche 等研究 發(fā)現(xiàn)在 KOH 中添加 2 wt.% KNO3，熔融 KOH+ KNO3?中釋放的氧氣沒有起到直接達(dá)到腐蝕速率最大穩(wěn)定 值的效果。而一開始在 KOH 中添加 K2CO3，可以減小過程中 KOH 吸收 CO2?引起的碳酸鹽濃度變化導(dǎo)致 腐蝕速率改變，當(dāng) K2CO3?添加量達(dá)到兩者共晶點(diǎn)溫度附近濃度（20 wt.%），可以明顯穩(wěn)定 KOH 的腐蝕速 率。楊鶯等對(duì) 6H-SiC 拋光片的缺陷腐蝕工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定腐蝕劑配比為 KOH: K2CO3?= 200 g: 5 g 時(shí)， 化學(xué)反應(yīng)速率適中，440℃腐蝕 30 min 之后 Si 表面可以清晰地觀察到微管（MP）、基矢面位錯(cuò)（BPD）、 螺型位錯(cuò)（TSD）和刃型位錯(cuò)（TED）。通過改變腐蝕劑組分，調(diào)整腐蝕溫度和時(shí)間，可以獲得 SiC 晶體 表面良好的腐蝕形貌，為 SiC 晶體缺陷研究提供有價(jià)值的參考。?

單組分熔融 KOH 對(duì)于重?fù)?n 型 SiC 腐蝕效果不是很明顯，無法直觀地通過腐蝕坑的大小和形狀區(qū)分 位 TSD 和 TED，而且腐蝕坑的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際的位錯(cuò)密度。Yao 等研究發(fā)現(xiàn) Na2O2?是一種很強(qiáng) 的氧化劑，能夠在熔融 KOH 中產(chǎn)生氧氣，可以有效促進(jìn)重?fù)?n 型 SiC 晶體的缺陷選擇性腐蝕。KOH+Na2O2?腐蝕法可以促使 TSD 和 TED 圓形腐蝕坑轉(zhuǎn)化為六邊形，根據(jù)兩者的尺寸差別（S/E = 1.6?2.1）可以進(jìn)行 區(qū)分。之后，Yao 等又引入 X 射線形貌分析技術(shù)（XRT）作為 KOH+Na2O2?腐蝕法缺陷鑒定準(zhǔn)確性的評(píng) 價(jià)方法，結(jié)果顯示腐蝕坑和 XRT 顯示的位錯(cuò)位置和類型一一對(duì)應(yīng)，準(zhǔn)確無誤。

2.3.2 SiC 晶體缺陷分析?

SiC 晶體中不同類型的位錯(cuò)通常是根據(jù)腐蝕坑的形貌和尺寸來完成定量分析的。如圖 7（a）所示， 大六邊形沒有底部的腐蝕坑代表 MP，中六邊形有底部的腐蝕坑代表 TSD，小六邊形有底部的腐蝕坑代表 TED，BPD 腐蝕坑呈貝殼狀，底部沒有居中。在六方晶系 SiC 晶體中，TED 和 TSD 的位錯(cuò)線垂直于基 矢面（0001）面，KOH 腐蝕時(shí)位錯(cuò)線露頭沿著<11?20>方向腐蝕速率高，腐蝕坑呈六邊形，MP 是大型的 TSD，所以腐蝕坑也呈六邊形。而 BPD 的位錯(cuò)線位于基矢面內(nèi)，晶體表面存在偏角的情況下可以觀察到貝 殼狀腐蝕坑。腐蝕坑尺寸的差異是由于不同位錯(cuò)的應(yīng)變能導(dǎo)致腐蝕速率不同，位錯(cuò)的應(yīng)變能與其 Burgers 矢量的平方成正比。相比較，MP 的 Burgers 矢量最大，TSD 次之，TED 最小，所以 MP 對(duì)應(yīng)的腐蝕坑最 大，TSD 次之，TED 最小。如圖 7（b）所示，樣品為偏 8°生長(zhǎng)的 4H-Si 單晶片，TED 和 TSD 與樣品表 面形成 82°夾角，經(jīng)腐蝕后會(huì)形成坑底偏向一側(cè)的六邊形腐蝕坑，相比較，TSD 的腐蝕坑較大。BPD 與表 面夾角為 8°，其腐蝕坑為坑底偏向橢圓短軸一側(cè)的貝殼形腐蝕坑。

TSD 的應(yīng)力場(chǎng)呈軸對(duì)稱分布，距離位錯(cuò)相同點(diǎn)的切應(yīng)力數(shù)值相等，且切應(yīng)力隨著距離的增加而減??；TED 的應(yīng)力場(chǎng)是關(guān)于 X 軸和 Y 軸方向的函數(shù)，和 Z 軸方向不相關(guān)。在 SiC 單晶中，TSD 在 X 軸、Y 軸 和 Z 軸三個(gè)方向均存在高應(yīng)變能，而 TED 只在 X 軸和 Y 軸兩方向存在高應(yīng)變能。不同位錯(cuò)具有不同的應(yīng) 變能和表面能導(dǎo)致不同的腐蝕速率，TSD 傾向于 X 軸、Y 軸和 Z 軸三個(gè)方向發(fā)生腐蝕，而 TED 傾向于在 X 軸和 Y 軸兩個(gè)方向發(fā)生腐蝕，在 Z 軸方向腐蝕被抑制。導(dǎo)電 n 型、半絕緣型 4H-SiC 中混合型位錯(cuò)（MD）、 TSD 和 TED 的腐蝕坑形貌及橫截面分別如圖 8（a）和（b）所示，兩者結(jié)果相對(duì)一致，TSD 腐蝕坑的深 度大于 TED 的深度，MD 的深度最大。根據(jù)腐蝕坑的表面形貌、截面信息可以有效區(qū)分 TED、TSD 和 MD。如圖 8（c）所示，MD 在腐蝕初始階段，其 TSD 成分首先被腐蝕，腐蝕坑橫截面呈等腰三角形，隨著腐 蝕時(shí)間的增加，橫截面逐漸變成橢圓形。由于橫向腐蝕速率大于縱向腐蝕速率以及腐蝕劑的遷移，最終會(huì) 在腐蝕坑底部形成一個(gè)平臺(tái)。腐蝕坑的形成過程需要通過應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試分析、理論模擬計(jì)算進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 結(jié)論與展望 ? ?

濕法腐蝕是 SiC 表面改性、器件制造以及晶體質(zhì)量表征、缺陷分析的重要方法。腐蝕過程包含晶體表 面氧化、氧化產(chǎn)物后續(xù)溶解，表面氧化過程需要電化學(xué)電路或者化學(xué)反應(yīng)提供空穴。SiC 發(fā)生電化學(xué)腐蝕 時(shí)，晶體-電解液界面的能帶結(jié)構(gòu)和肖特基接觸相似，腐蝕裝置一般使用三電極體系，通常和光照輔助結(jié)合。

電化學(xué)腐蝕在多孔 SiC 制備、SiC 表面圖形轉(zhuǎn)移方面有廣泛的應(yīng)用。SiC 化學(xué)腐蝕過程沒有載流子和電解 質(zhì)參與，熔融 KOH 直接打開晶體表面化學(xué)鍵生成氧化物，機(jī)理和熱氧化過程相似?；瘜W(xué)腐蝕裝置一般需 要滿足加熱、控溫、防腐、隔離等要求，腐蝕不同摻雜類型的 SiC 需要使用不同添加劑。不同的 SiC 晶體 缺陷具有不同的腐蝕形貌，位錯(cuò)類型可以通過腐蝕坑的形狀和尺寸進(jìn)行區(qū)分。?

濕法腐蝕雖然可作為上述領(lǐng)域的常規(guī)工藝手段，但在基礎(chǔ)理論研究、實(shí)際工程應(yīng)用中仍有許多不足之 處。SiC 晶體腐蝕缺陷的分析不夠全面深入，今后需要在缺陷形成機(jī)理、模擬計(jì)算分析進(jìn)一步研究。SiC 晶體質(zhì)量表征目前采用的腐蝕設(shè)備和工藝差異較大，今后需要在腐蝕設(shè)備裝置標(biāo)準(zhǔn)化、腐蝕工藝條件可量 化方向進(jìn)一步研究。在 SiC 器件制造領(lǐng)域，濕法腐蝕之后得到的晶體表面相當(dāng)粗糙，無法用于小尺寸的圖 形化，整片晶圓的腐蝕均勻性差，今后需要在精確控制腐蝕速率以及整體提升腐蝕裝置方面進(jìn)一步研究。SiC 表面改性制備的多孔 SiC 在今后的研究中可以探索其在光電器件、儲(chǔ)能材料方面的應(yīng)用。

作者：張序清?1,2?, 羅 昊?1?, 李佳君?2?, 王 蓉?2?, 楊德仁?1,2?,皮孝東?1,2

編輯：黃飛