深圳平湖实验室胡钦博士在国际期刊《Materials Science in Semiconductor Processing ...

深圳平湖实验室分析检测中心的胡钦博士在国际期刊《Materials Science in Semiconductor Processing》上发表题为“Effects of post-treatment progress on the morphology and surface state of 4H-SiC trenches”的文章。

4H-SiC作为第三代半导体核心材料，因耐高温、高耐压等特性，成为新能源汽车、智能电网等装备的关键基础。沟槽型结构是提升其器件性能的主流设计，但4H-SiC硬度高、各向异性强，蚀刻后沟槽表面易残留缺陷，导致器件可靠性下降，传统后处理工艺难以精准解决这一问题。该成果聚焦4H-SiC沟槽器件制备痛点，明确了后处理工艺对沟槽形貌与表面状态的调控规律，为高性能4H-SiC功率器件研发及产业化提供关键技术支撑，彰显了实验室在第三代半导体领域的技术实力。

原子力显微镜（AFM）结果显示，氢气氛围1350℃退火5分钟后，沟槽顶部与侧壁均实现低粗糙度；10 nm牺牲氧化处理可显著平滑表面，而20 nm的氧化层会因界面应力、碳富集导致粗糙度反升，表面出现pits缺陷。结合穆林斯连续表面模型（Mullins’ Continuous Surface Model）与阿伦尼乌斯方程（Arrhenius Equation），证实了1300-1450 ℃退火时，沟槽倒角的形成以表面扩散为主导，且温度对倒角曲率半径的影响（敏感度6.8%）大于退火时间（敏感度5.5%）。此外，光致发光（PL）光谱首次捕捉到沟槽侧壁与顶部在670 nm发射中心存在差异，该差异源于蚀刻过程产生的表面相关缺陷。进一步研究发现，氢气退火可有效消除此类缺陷，而氩气退火样品的缺陷发光信号则显著更强。这些核心结论为4H-SiC沟槽器件的工艺优化提供了指导，能有效帮助相关产业减少试错成本、提升研发效率。

图1. （a）沟槽曲率半径随退火温度和时间的变化曲线；（b）侧壁粗糙度沿深度方向的分布曲线

图2. （a）H2退火及（b）Ar退火沟槽各个位置的PL光谱

来源：深圳平湖实验室

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