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碳化硅(SiC)材料作为第三代半导体材料，具有高的临界击穿场强、高的热导率、高的电子饱和漂移速率、优越的机械特性和物理、化学稳定性等特点，在高温、高频、大功率、抗辐射等领域，尤其是高温或强腐蚀性等恶劣环境中具有巨大的应用潜力。在SiC众多多型体中，4H-SiC以其禁带宽度大(3.26eV)、迁移率高(900cm2/Vs)和各向异性比较小等优越性能而被认为更适合于制造大功率高反压电子器件，其关键部分是一层厚的低缺陷密度的4H-SiC本征漂移层，如何通过快速生长节省生长时间，减少生长过程中的损耗，在经济上占有优势已成为制造该类器件的关键技术。而3C-SiC在SiO2和Si3N4等结构上的生长为3C-SiC应用于微机电系统(MEMS)提供了方便的材料体系工艺，在Si衬底上外延的高质量的3C-SiC外延层在MEMS领域成为非常有前景的新型材料，在大面积或多片Si衬底上进行3C-SiC异质外延对提高3C-SiC产率有巨大的应用潜力。
本文主要研究了4H-SiC快速同质外延生长工艺和大面积及多片装Si衬底上3C-SiC异质外延生长工艺，着重分析了同质外延层的结晶质量、生长速率、表面形貌和异质外延层的结晶均匀性、电学均匀性、厚度均匀性，同时研究了采用胶体氧化硅对SiC进行化学机械抛光。
1.SiC化学机械抛光的研究：采用胶体氧化硅作为抛光剂分别对10mm×10mm的4H-SiC晶片和2英寸的3C-SiC晶片进行了化学机械抛光实验。抛光温度为室温，抛光剂的pH值为11-12，在分别抛光60h-70h后，两种晶型的SiC材料表面粗糙度都达到了很低的水平，而且表面十分平整，其中4H-SiC10μm×10μm区域内表面粗糙度(Rms)为0.504nm，3C-SiC10μm×10μm区域内表面粗糙度(Rms)为0.164nm，表明SiC的不同晶型对抛光效果及抛光速率没有太大影响。对2英寸3C-SiC外延层表面不同位置进行了原子力显微镜(AFM)测试，发现10μm×10μm区域内表面粗糙度(Rms)均在0.2nm左右，说明对2英寸尺寸的晶片进行抛光，抛光后表面十分平整且抛光均匀性良好。并且通过AFM测试发现在抛光后的SiC材料表面残留有尖峰状异物，严重影响了表面质量，经过多种清洗方法清洗后发现用浓度10％的氢氟酸(HF)溶液漂洗5分钟可以彻底去除尖峰状异物，确定了尖峰状异物为抛光过程中残留的SiO2，并提出化学机械抛光后用HF溶液进行漂洗是得到良好表面形貌材料的一个重要步骤。
2.4H-SiC快速同质外延生长的研究：利用水平热壁低压化学气相沉积(LPCVD)系统在10mm×10mm的4H-SiC衬底上进行了快速同质外延生长，反应体系为三氯氢硅(TCS)+乙烯(C2H4)+氢气(H2)系统。通过改变生长温度、碳硅比、气体流量得到了最佳生长条件为生长温度1600℃，碳硅比0.42，TCS流量12sccm，生长速率可达25μm/h，10μm×10μm区域内表面粗糙度(Rms)为0.64nm。通过拉曼光谱(Raman)和断面扫描电子显微镜(SEM)测试发现生长温度和生长速率同时影响着外延层的晶型，从热力学和动力学角度分析了外延生长的过程。同时发现H2和Cl的刻蚀作用随生长温度的增加得到加强，生长温度太高(＞1600℃)不利于提高生长速率。低碳硅比(＜0.5)条件有利于改善厚度均匀性，而且外延层表面形貌比较平整，但过低的碳硅比(＜0.32)会导致在外延层表面形成硅滴，最后经C-V测试计算得到外延层载流子浓度为1015量级，且载流子浓度纵向分布均匀。
3.大面积Si衬底上SiC异质外延生长研究：采用新型水平热壁多功能LPCVD系统在4英寸Si衬底上进行了大面积SiC异质外延生长，反应采用硅烷(SiH4)+C2H4+H2系统。在一定生长温度和碳硅比的条件下改变气体流量进行实验，发现大气体流量下生长速率达到了7μm/h，小气体流量下生长速率为1.5μm/h，厚度均匀性为5.88％。大气体流量下外延层的结晶质量、结晶均匀性、厚度均匀性和表面形貌均较差，小气体流量下外延层取向与衬底高度一致，结晶均匀性良好，表面光滑，但是其电学均匀性比大气体流量下外延层差，如何同时获得结晶、厚度、电学均匀性良好的外延层需要进一步优化生长工艺。
4.多片装Si衬底上SiC异质外延生长研究：通过新型水平热壁多功能LPCVD系统在不同取向的2英寸Si衬底上进行了多片装SiC异质外延生长，反应采用SiH4+C2H4+H2系统。X射线衍射(XRD)谱显示无论在P-Si(100)还是P-Si(111)衬底上在1250℃下生长的外延层结晶质量及结晶均匀性均良好，且沿各自晶面取向高度一致。SEM测试发现P-Si(100)外延层表面形貌较差，提高其生长温度至1350℃后表面形貌得到改善，说明在P-Si(100)衬底上进行SiC外延生长的温度要高于在P-Si(111)衬底上进行SiC外延生长的温度。通过方块电阻测试，发现提高生长温度后得到的同批次三个P-Si(100)衬底上外延层方块电阻均匀性分别为5.97％、5.43％和6.00％，且片间均匀性良好。