【CASICON 2021】南砂晶圆彭燕：碳化硅与金刚石单晶衬底技术与产业化研究

天然金刚石、合成金刚石都存在较高密度的缺陷，缺陷主要分为位错、孪晶、堆垛层错等。其中位错是最为主要的缺陷之一。天然金刚石的位错密度高达106-107cm-2，而合成金刚石因为制备方法不同，位错密度在10⁶-10⁷cm^-2。基于金刚石材料进展，越来越多的研究开始关注金刚石材料的位错表征与分析，探索位错密度降低方法，揭示缺陷对材料、器件性能的影响。其中利用微波等离子体的选择性蚀刻可以快速有效的识别金刚石中的位错类型、密度和分布，是揭示、分析位错的方法之一。

9月13-14日，“2021中国（南京）功率与射频半导体技术市场应用峰会（CASICON 2021）”在南京召开。本届峰会由半导体产业网、第三代半导体产业主办，并得到了南京大学、第三代半导体产业技术创新战略联盟的指导。

 

会上，南砂晶圆研发主任/山东大学副教授彭燕《碳化硅与金刚石单晶衬底技术与产业化研究》的主题报告。报告中介绍，利用MPCVD方法，采用H₂和H₂/O₂气体刻蚀HTHP Ia、HTHP IIb和MPCVD类型金刚石材料，比较了刻蚀后的表面形貌、刻蚀坑的形成以及刻蚀速率，结果显示刻蚀速率ER（MPCVD）>ER（HTHP Ib）>ER（HTHP IIa）。

在H₂等离子体中，MPCVD样品刻蚀活化能44.04±3.05kcal/mol；O/H~2%气氛下，HTHP Ib活化能数值68.18±6.4kcal/mol，MPCVD活化能数值59.4±5.479Kcal/mol，HTHP IIa活化能数值48.122+2.89Kcal/mol。结果氧气加入后，刻蚀坑形貌由规则的倒金字塔形状变得不再规则，且刻蚀坑的深度和尺寸随着O₂/H₂比例的增加也在增大，即氧气的参与加快了刻蚀速率，增大了刻蚀活化能。利用XPS进一步分析了微波等离子体刻蚀不同类型金刚石晶体后的化学元素结合状态以及刻蚀过程中化学反应的动力学和机理，结果表明不同类型的金刚石材料活化能差异与氮元素的存在有关。

并且，通过等离子体刻蚀后的刻蚀坑形貌发现有两类缺陷存在，一类是由于衬底表面状态和抛光步骤引入的缺陷，一类是衬底内部固有的缺陷。金刚石表面由于研磨等加工步骤会引入表面损伤。结果显示等离子体刻蚀法是有效评价金刚石表面加工质量的方法。

 

彭燕，凝聚态物理博士，山东大学副教授/博士研究生导师，广州南砂晶圆半导体技术有限公司研发中心主任。主要从事宽禁带半导体材料研究工作，重点研究SiC、金刚石材料的制备、表征及应用研究，先后主持/参与国家基础研究计划、973、核高基及自然科学基金项目等10余项，发表SCI论文40余篇，申请/授权专利近30项。