/SiC界面態(tài)密度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及Sic(碳化硅）半導(dǎo)體器件的性能改進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是SiC-MOS器件 制作過(guò)程中一種降低Si02/SiC界面態(tài)密度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] SiC半導(dǎo)體具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、載流子飽和漂移速度高 等優(yōu)異特性，在高溫、高頻、大功率器件領(lǐng)域具有極大應(yīng)用潛力。同時(shí)，Sic是唯一一種可以 熱氧化形成SiOj莫的寬帶隙化合物半導(dǎo)體，這一特點(diǎn)使SiC-MOS器件可以在成熟的硅工藝 上實(shí)現(xiàn)。然而，實(shí)際制作的SiC-MOS器件存在溝道迀移率低的問(wèn)題，其主要原因是Si02/SiC 界面態(tài)密度過(guò)高。因此，降低Si02/SiC界面態(tài)密度是SiC-MOS器件研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn) 題。
[0003] 目前，氮鈍化是公認(rèn)最有效的降低Si02/SiC界面態(tài)密度的方法。郭輝等人在專(zhuān)利 [【申請(qǐng)?zhí)枴?00910022011. 9]中提出了一種低界面態(tài)密度的SiC-MOS電容制作方法。其中的 關(guān)鍵工藝即為在氧化前向SiC襯底離子注入一層N+離子。該方法有效降低了界面態(tài)密度， 但由于氧化層中含有大量的N元素，導(dǎo)致氧化層絕緣特性下降。
[0004] AK.薩克斯勒.MK.達(dá)斯在其專(zhuān)利[【申請(qǐng)?zhí)枴?3820297]中提出在基本無(wú)氧的含氮 環(huán)境中高溫退火，使用了N20、N0、順3三種氣氛。他們都降低了界面態(tài)密度，但也都存在一 些問(wèn)題40/N0氣氛下高溫退火會(huì)向Si02/SiC界面引入大量的氧，使氧化層不可控地增加， 最終限制該工藝的鈍化效率。而在NH3氣氛下高溫退火，N和Η都是以順3分子的形式被引 入，不能提供原子級(jí)的Η，所以只有Ν對(duì)界面缺陷有鈍化作用，而Η幾乎沒(méi)有鈍化作用，導(dǎo)致 ΝΗ3退火工藝的鈍化有效十分有限。
[0005] 廖奇泊等人在其專(zhuān)利[【申請(qǐng)?zhí)枴?01510091817. 9]中提出低溫Ν2/Η2退火方法，可 以同時(shí)發(fā)揮Ν和Η的界面鈍化作用，降低界面態(tài)密度。但是隊(duì)和Η2在低溫很難分解成Ν、Η 原子，所以實(shí)際其鈍化作用的是Ν、Η分子，而分子級(jí)的Ν和Η的界面鈍化作用十分有限的。
[0006] 徐茵等人發(fā)明了電子回旋共振微波等離子體系統(tǒng)[【申請(qǐng)?zhí)枴?1101424. 5]。該系統(tǒng) 采用具有可調(diào)諧振腔和磁多極場(chǎng)位形的腔耦合型電子回旋共振微波等離子體源，利用電子 回旋共振原理，通入反應(yīng)氣體參與電子回旋共振放電，通過(guò)控制電子回旋共振等離子體源 的運(yùn)行參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)高活化低離子損傷的等離子體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種SiC氧化后氨等離子體退火處理方法，降低Si02/SiC界 面態(tài)密度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種降低Si02/SiC界面態(tài)密度的方法：首先將碳化硅樣品清洗，并氧化形成一層 Si02薄膜；然后對(duì)氧化后的樣品進(jìn)行氨等離子體退火處理；在對(duì)氧化后的樣品進(jìn)行氨等離 子體退火處理中采用了電子回旋共振微波等離子體系統(tǒng)，該電子回旋共振微波等離子體系 統(tǒng)主要包括：等離子體系統(tǒng)、微波源、石英放電室、裝樣室、樣品臺(tái)，其中樣品臺(tái)可以在裝樣 室和石英放電室之間移動(dòng)；
[0009] 氧化后氨等離子體處理工藝，實(shí)施過(guò)程是將氧化后的SiC樣品通過(guò)樣品臺(tái)載入 石英放電室，對(duì)石英放電室抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10 3Pa以下時(shí)，開(kāi)始對(duì)石英放電室升溫 200-800°C;開(kāi)啟電子回旋共振微波等離子體系統(tǒng)的微波源，功率在200-800W條件下，向石 英放電室通入見(jiàn)13產(chǎn)生氨等離子體，對(duì)樣品處理5-30min;將樣品臺(tái)冷卻到室溫，將樣品臺(tái) 載入裝樣室，向裝樣室充入隊(duì)，在N2氣氛保護(hù)下從樣品臺(tái)中取出樣品。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)異效果在于：氨等離子體在放電過(guò)程中產(chǎn)生大量N、H、NH和NH2等高活 性物質(zhì)，同時(shí)結(jié)合N、Η鈍化作用，顯著降低Si02/SiC界面態(tài)密度。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0012] 圖2為氨等離子體退火處理前后SiOj莫的電流密度一場(chǎng)強(qiáng)特性曲線。
[0013] 圖3為氨等離子體退火處理前后Si02/SiC界面態(tài)密度隨能量的分布圖。
[0014] 表1為同樣處理lOmin時(shí)不同氨等離子體退火處理溫度的界面態(tài)密度。
[0015] 表2為處理溫度600 °C時(shí)不同氨等離子體退火處理時(shí)間的界面態(tài)密度。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0017] 實(shí)施例一
[0018] 圖1是結(jié)合了本發(fā)明的SiC-MOS器件制備流程圖，步驟如下：
[0019] 第一步，通過(guò)公知的RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗法清洗SiC材料。
[0020] 第二步，對(duì)清洗后的SiC襯底進(jìn)行氧化，形成一層SiOj莫。
[0021] 第三步，采用電子回旋共振微波等離子體系統(tǒng)產(chǎn)生的氨等離子體對(duì)退火后的樣品 進(jìn)行處理。
[0022] (1)將氧化后的樣品在N2氣氛保護(hù)下載入電子回旋共振微波等離子體系統(tǒng)的裝樣 室中，并推送到石英放電室；
[0023] (2)對(duì)石英放電室抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10 4Pa以下時(shí)，開(kāi)始對(duì)石英放電室升溫， 設(shè)定溫度為600°C;
[0024] (3)以NH3作為等離子體的產(chǎn)生源，NH3流量設(shè)定為7〇SCCm，微波源功率為650W條 件下，對(duì)樣品進(jìn)行氨等離子體處理lOmin。
[0025] (4)處理完成后，將樣品臺(tái)冷卻到室溫，并載入裝樣室；向裝樣室通入N2，在N2氣氛 保護(hù)下從樣品臺(tái)取出樣品。
[0026] 第四步，利用金屬掩膜版，采用阻抗加熱蒸發(fā)法在樣品正面和背面分別形成A1電 極。
[0027] 本發(fā)明的效果可以通過(guò)電學(xué)性能實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明：
[0028] 實(shí)測(cè)內(nèi)容：⑴對(duì)利用本發(fā)明方法處理前后的SiC-MOS樣品進(jìn)行I-V特性測(cè)試， ?-v測(cè)試?yán)肒eithley4200半導(dǎo)體參數(shù)分析儀完成，電壓掃描范圍為0-38V，電壓步長(zhǎng)為 0. 05V，保持時(shí)間為0.Is;(2)對(duì)利用本發(fā)明方法處理前后的SiCM0S樣品進(jìn)行C-V特性測(cè) 試，C-V測(cè)試?yán)肒eithley4200半導(dǎo)體參數(shù)分析儀和LakeShoreTTPX低溫探針臺(tái)完成， 低溫條件通過(guò)液氮制冷實(shí)現(xiàn)，電壓掃描范圍為+10~-10V，電壓步長(zhǎng)為0. 02V，保持時(shí)間為 0.ls〇
[0029] 實(shí)測(cè)結(jié)果，如圖3所示。
[0030] 參照?qǐng)D3,氨等離子體處理前后，氧化膜的擊穿場(chǎng)強(qiáng)均超過(guò)9. 6MV/cm，單從擊穿場(chǎng) 強(qiáng)的角度考慮，兩組樣品均可滿(mǎn)足實(shí)際SiC-MOS器件對(duì)氧化膜絕緣特性的要求。由該圖計(jì) 算得到的處理前后兩組樣品的勢(shì)皇高度分別為2. 63eV和2. 55eV，均接近理論值2. 7eV。說(shuō) 明本發(fā)明的氨等離子體處理方法不會(huì)劣化SiOj莫的絕緣特性。
[0031] 氨等離子體處理后，整個(gè)SiC禁帶上半部分的界面態(tài)密度均明顯降低，隨能級(jí)逐 漸加深，其降低幅度逐漸增加。在Ee -E= 0. 06eV處，氨等離子體處理使界面態(tài)密度由處理 前的 6· 3X1013cm2eV1 降低到 5X1013cm2eV\ 降低幅度約為 65%;在 0· 2eV〈Ec -Ε〈(λ6eV 范圍內(nèi)，氨等離子體處理后樣品的界面態(tài)密度降低幅度接近一個(gè)數(shù)量級(jí)，在〇.2eV和 0. 6eV處，界面態(tài)密度分別由處理前的7. 1X1013cm2eV1和6. 7X10ncm2eV1降低到處理后 的1. 9X1012cm2eV1和1. 3X10ncm2eVS在Ec -E>0. 6eV范圍內(nèi)，氨等離子體處理后樣品的 界面態(tài)密度降低幅度超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)。說(shuō)明本發(fā)明的氨等離子體處理方法可以有效降低整 個(gè)SiC禁帶上半部分的界面態(tài)密度。
[0032] 實(shí)測(cè)結(jié)果表明，本發(fā)明的氨等離子體處理方法可以在保證氧化膜質(zhì)量不被劣化的 前提下，顯著降低Si02/SiC界面態(tài)密度。該方法實(shí)現(xiàn)了N、Η鈍化作用的結(jié)合，為進(jìn)一步改 善SiC-MOSFET器件性能奠定基礎(chǔ)。
[0033] 其他實(shí)施例
[0034] 在實(shí)施例1中的樣品制作步驟中，氨等離子體處理時(shí)間還可以采用5min和20min; 處理溫度還可以采用400°C、500°C;實(shí)測(cè)結(jié)果如表1和表2,其他實(shí)施例也可以降低Si02/ SiC界面態(tài)密度，但其降低幅度均低于實(shí)施例1中處理溫度為600°C、處理時(shí)間為10min的 樣品。
[0035]表1
[0036]
[0037] 表 2
[0038]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種降低SiO2/SiC界面態(tài)密度的方法：首先將碳化硅樣品清洗，并氧化形成一層 Si02薄膜；然后對(duì)氧化后的樣品進(jìn)行氨等離子體退火處理；在對(duì)氧化后的樣品進(jìn)行氨等離 子體退火處理中采用了電子回旋共振微波等離子體系統(tǒng)，該電子回旋共振微波等離子體系 統(tǒng)主要包括：等離子體系統(tǒng)、微波源、石英放電室、裝樣室、樣品臺(tái)、其中樣品臺(tái)可以在裝樣 室和石英放電室之間移動(dòng)； 其特征在于氧化后氨等離子體處理工藝，實(shí)施過(guò)程是將氧化后的SiC樣品通過(guò)樣品臺(tái) 載入石英放電室，對(duì)石英放電室抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10 3Pa以下時(shí)，開(kāi)始對(duì)石英放電室升 溫200-800°C;開(kāi)啟電子回旋共振微波等離子體系統(tǒng)的微波源，功率在200-800W條件下，向 石英放電室通入見(jiàn)13產(chǎn)生氨等離子體，對(duì)樣品處理5-30min;將樣品臺(tái)冷卻到室溫，將樣品 臺(tái)載入裝樣室，向裝樣室充入隊(duì)，在N2氣氛保護(hù)下從樣品臺(tái)中取出樣品。
【專(zhuān)利摘要】一種降低SiO2/SiC界面態(tài)密度的方法,涉及SiC(碳化硅)半導(dǎo)體器件的性能改進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。其處理過(guò)程是：第一步，將SiC樣品清洗，并氧化形成一層SiO2薄膜；第二步，將樣品裝入電子回旋共振微波等離子體系統(tǒng)到放電室樣品臺(tái)中，第三步，抽取真空并將樣品臺(tái)升溫；第四步，開(kāi)啟微波源，向放電室通入NH3產(chǎn)生氨等離子體對(duì)氧化后的樣品進(jìn)行處理。本發(fā)明中氨等離子體放電產(chǎn)生大量N、H、NH和NH2等高活性物質(zhì)，同時(shí)結(jié)合N、H鈍化作用，可以在保證氧化膜質(zhì)量的前提下，顯著降低SiO2/SiC界面態(tài)密度，為進(jìn)一步改善SiC-MOS器件性能奠定基礎(chǔ)。
【IPC分類(lèi)】H01L21/265, H01L21/336, H01J37/32
【公開(kāi)號(hào)】CN105304498
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510671058
【發(fā)明人】王德君, 李青洙, 秦福文
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月15日