碳化硅表面热增长方式形成氧化硅薄膜的性步奏

研究显示，在氧气中，碳化硅表面造氧化硅膜时主要采用氧同位素替代和窄范围的核磁共振分析。同时，在关于如何在硅的表面形成氧化硅薄膜的研究也在进行。结果表明，性步骤反应在这两种形式结合的半导体中有非常不同的表现。在Si半导体中，其扩散将会减缓，在碳化硅半导体中，其灵敏性将会收到影响。这样的话，我们可以得出，在反应的借口区域，以碳化硅为基体的成膜反应（动力学）将会十分敏感。而这些界面区域的成分与结构的变化将会导致上述材料的电气性能改变。--------------摘要部分

在半导体材料设备的适用过程中往往伴随着高能，高频率，高电压，有时甚至是高温。这样，硅的利用就挚肘于其物理性能。最经典的一个例子就是，高温下相对来说较的窄能带将会阻碍硅设备的运行。极性的 碳化硅是宽能带的最佳选择，因为虽然有能带更宽的碳化硅。但是他们有别的一些特性需求，比如说高的热导率、击穿电压和饱和电子漂移速度。它也是目前所知的唯一一种可以支持氧化硅在表面热生长的化合物。

另外，SIO2/SIC界面物理性能决定它的电气性能比SIO/SI界面的差一些，散射的数据证实界面反应可控性低。

随着对于在sic表面成膜的不同区域研究的深入，我们发现在表面和大部分区域，氧化物和si成膜时极具相似性，而且界面变得不那么突兀了，还有一些没有被完全氧化的si   和    c出现在了界面的附近。但是我们还是无法完全理解在sio2在sic表面热生成时的一些现象是如何发生的。

氧化硅的在碳化硅表面的生长速度是远远的低于在硅的表面生长的速度的，所以呈现在我们面前的是更多的发射性的数据以及出现在极性方向上的不同。

有一些作者曾尝试去给氧化硅在碳化硅表面的热生长建立一种模式，大部分人认可了DEAL和GORVE模型。这两个模型详细的介绍了当热生长反应在干燥的氧气中进行时得到的氧化物膜的厚度超过了20-30nm。其主要以氧气有恒定的通量作为基础，唯一的变量是在一个突变的界面上逐渐增多的氧化物和反应中由于硅向氧化硅转变引起的量变化，当然这些努力都是sio/sic反应机制和性反应系统的一部分。建立一个基于氧化薄膜性能(包括电机)参数而且允许预测和控制氧化的sic氧化模型是很有必要的。在它的基础上我们就可以知道其氧化机制，被标记的措施和自由过程。以及氧化物在热增长的时候他们是怎么传递的。

在现在的工作中，氧同位素标记和窄能带的核磁共振分析是用来遵循在氧化物原子氧运输

热的增长.。碳化硅首先被自然界中的氧气（原子量为16的氧原子）氧化，然后用原子量为18的氧原子氧气对其再度氧化，用同位素O18的原因是他能够让我们知道气体在何时以及修复自身的量。NPS由于具备纳米级别的显影，常常被用来追踪显示O18原子。而同时我们给Si晶片同样的氧化过程和分析。以前的文献论述的想法是，由于碳化硅和氧化硅（半导体）氧化物厚度的不同引起了在界面以及表面氧化物种类的差异。在硅系中，O18的在表面出现是取决于016-    O18的介导改变决定了硅系氧化物在此区域的氧化物种类。而在界面处出现是取决于未曾和表面的SI发生反应而扩散于间隙之中的，或是来源于SIO2的氧气。而同一时间的si几乎是没有变化的，也就是指处在界面区域的si没有被氧化。

然而在碳化硅系统中，并没有证据说明氧气是唯一的变量，因为根据反应定律，si 和c 都是不稳定的并且都有可能在靠近界面的区域形成氧化物。不过一般来说碳化硅的界面是比硅的界面更宽一些的。

氧化硅在碳化硅表面热增长的比率和在硅表面是在同一个数量级下更低的。如果注意到这两种半导体除了在靠近界面区域以外表面热增长的相似性，这种生长率上的差异肯定是来自氧化物和半导体的界面区域，反应就是在这些界面上发生的。根据对于氧化物种类的统计的数据，氧化硅薄膜在硅表面的情况下厚度是超过50nm的（现在碳化硅技术条件下投产使用的氧化硅厚度）。可是呢，在sic的表面形成sio是一个性的步骤。接下来我们就会介绍我们是如何来证明这个假设的。

6H-SiC和Si (001)晶片首先在自然的氧气（湿度条件为水小于一个ppm，氧气原子是原子量为16）中进行了不同的连续性氧化过程。然后将其放置于氧气富集度高并且在静压条件下进行氧化。在核反应的共振区域，其电压约为151kv，在这个条件下的到的样品和模型是采用了用以提取O18的SPEAC CODE。以上是对于在表面发现的厚度为0.7nm的深度分析。

接下来我们把一批碳化硅的样品置于仅有016同位素的氧气中16O2 (45 h, 1100 _C, 100 mbar)。

然后在HF溶液中进行腐蚀分析，此时各个样品腐蚀 的时间都不同，从一s到三十s，然后把他们全都置于氧18(1 h, 1100 _C, 100 mbar).中进行氧化。这么做的目的就是为了得到不同厚度的氧化硅薄膜（氧16），它的氧化物种类在第二步的氧18氧化过程中会发生改变。但是在二氧化硅（氧16）/硅的界面处会形成新的氧化物种类，这是因为HF仅仅是影响外部的界面。以上提到的一秒钟 的腐蚀作用是为了确保每个样品的二氧化硅和空气接触的那个表面都是一致的。与此同时呢，硅晶片在氧16中进行氧化（8小时，110摄氏度，100mbar）.

，各个样品在HF中腐蚀了不同的时间，然后在在氧18中进行氧化（1小时。1100摄氏度，100mbar）。氧18 的作用是在一个Fig中得以显示的。在反应中用于形成一层包裹物。而HF的腐蚀数据表明氧16的二氧化硅在界面处有一个较高的厚度指数。氧18富集的区域是在于表面和氧化物与半导体的界面区域。最后我们得出这样的数据。在碳化硅表面形成的厚度为52.65.76..86nm。在硅的表面厚度是16.134.140.166nm。

如果对硅和氧化硅的结果进行比对的话我们就显而易见的可以知道。

1.分析同位素追踪的实验，我们发现氧18集中在界面区域的数量大致类似于碳化硅样品。（950加减30每个单位面积）。在硅的腐蚀时间延长后增加至至3660.4300.6250..6950每个单位面积。

2.从实验结果可以看出在碳化硅的表面形成的氧18的富集程度是低于同样条件下硅表面的含量的。

这些结果在比表面落差和界面顶点的时候尤明显。只有在反应向最薄的区域进行时，才会得到FIG。

FIG。实验的分析结果151ekv的核反应曲线区域，我们可以知道氧化硅薄膜的热增长发生在碳化硅的顶部，和硅的底部区域。有象征性意义的是上部二氧化硅碳化硅样品腐蚀1s.10s.20s.30s而在底部有象征性意义的是二氧化硅硅样品腐蚀1s.3s.40s.70s..界面的顶端区域在上述的曲线得到了体现。

我们用腐蚀了30s的那组样品进行分析，不同的厚度在不同的单元格里得到了体现，氧18的分布也在各自的插图中进行了交代。而在碳化硅表面的氧化物是以他的模拟形式进行体现的因为原则上我们要在另外一个例子里去解释这个实验现象。但是这些实验曲线各自显示出了相似点，他们都是从样品深处的地方开始的。分析结果时就可以利用曲线进行。

实验表明在硅表面热增长的性是由于存在于二氧化硅的氧化物种类的不同。对于更厚的氧16膜来说，氧18在界面的含量是很小的。相反的在碳化硅体系中，氧化物的热增长反应是被界面处氧化物种类来的。因为新形成的膜氧18 的含量不会受到氧化物薄膜厚度的影响，因为之前的情况下氧18必须首先穿过二氧化硅（氧18）层。因为氧16的氧化物条件对于所有的样品来说都是类似的。所以他们都有非常类似的界面。在硅样品中氧气穿过氧化物以后到达硅和氧化物的突出界面，然后他们反应生成新的含氧18的新氧化物。这都是合乎计划的。另一方面碳化硅的行为可以解释为氧化物的热增长模式，在这种模式下呢，氧化类型影响了氧化物和硅的界面而且这个界面是没有突起的。这个界面的宽度低于15nm。

在近界面的反应区域，碳和硅有可能会出现。对于这个现象来说，尽管氧气种类是可变的，但是分析结果仍然是可靠的。但是这样就需要另外的样品去分析氧16   氧  18    氧16.。

氧18在碳化硅样品靠近表面的区域可以找到，这些碳化硅样品是进过上述处理的。这些事实影响了大部分的区域，以及后来的电气性能。

通过上述的方法，我们已经得出了影响氧化硅薄膜热增长的影响因素，为了更加精确的实验。我们设定了新的实验条件，我们将样品置于氧16中氧化16.26.36.45小时.以及1100摄氏度和100mbar。在同样的HF溶液下进行腐蚀一秒。这样的做法上文已经解释过了，是为了确保他们的表面氧化物种类都是相同的。然后在氧18中氧化一个小时，1100摄氏度，100nbar

。于此同时硅晶片在氧16中氧化26或者45小时，1100摄氏度，100mbar。然后在相同条件下的HF溶液中进行腐蚀一秒再置于氧18（条件同上）中进行氧化。得到的结果如下，碳化硅表面最终的薄膜厚度为34.50.59.75nm。而硅表面的厚度为138和184nm。所有的样品的曲线都在FIG中。氧18集中在界面区域就等同于在氧化硅 硅的情况下氧气是富足的。但是这种富足的程度小于氧化硅 碳化硅的情况。对于氧19数量的研究表明了它的数目得到了增长。分别为910.670.0.610每个单位面积。这种不同又引起了不同的反应率。这种不同会在很大程度上的改变二氧化硅碳化硅界面的电气性能。

总结一下，基于最新的发现我们对比了碳化硅和硅表面形成氧化硅的性步骤机制。在硅表面的增长是取决于氧化物种类以及穿过氧化物层，在碳化硅表面生长主要是被靠近反应界面的反应所制约的。我们得出在靠近界面区域的反应率和碳化硅上氧化物生长是改变的，主要是受到不同条件的影响。

为了更好的理解碳化硅表面昂华贵薄膜的热增长，我们联系了硅表面形成氧化膜的反应，并且用一系列的反应去佐证，但是完成了这一系列的事情以后，我们还需要在一个靠近界面的反应区间，也就是热增长反应发生的地方。特别是在那些可变的过程中而且这些区域发生的反应较为特殊。为了去理解这些这个，我们制定了一个的反应，就是碳化硅反应第二步的。实验说明氧18 氧16也是为了确定不同种类的同位素对于反应的顺序有何影响。最后硅实验是为了为了阐明硅靠近表面区域的反应。

这份作品得到了CNRS,CNPq，PADCT,FAPERGS的特别支持。