[發(fā)明專利]一種制備SiC MOSFET柵氧化層的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510047816.4
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104637801A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李誠瞻;劉可安;趙艷黎;周正東;吳佳;楊勇雄;丁榮軍
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/04
• 代理公司: 北京聿宏知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;陳偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備SiC?MOSFET柵氧化層的方法，屬于SiC?MOSFET器件領(lǐng)域。

背景技術(shù)

SiC作為第三代半導(dǎo)體材料，具有寬帶隙、高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和速度等優(yōu)越性能，適合制作高溫大功率、高溫高頻以及抗輻射器件。其被廣泛應(yīng)用的電源裝置為電源金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在電源MOSFET中，控制信號被傳遞給柵電極，該柵電極與半導(dǎo)體表面通過插入的絕緣體被隔開，該絕緣體可以但不限于是二氧化硅。

通常在SiC外延層制備SiO₂柵介質(zhì)層采用熱生長的方法。然而，由于生長過程中SiO₂與SiC材料晶格不匹配，在SiO₂柵介質(zhì)層和SiO₂/SiC界面中會產(chǎn)生大量的懸掛鍵、碳簇和氧空位等缺陷電荷，使得在SiC層熱生長的SiO₂/SiC界面陷阱電荷比SiO₂/Si界面陷阱電荷大約高兩個數(shù)量級，造成SiC?MOSFET器件反型溝道載流子遷移極低，降低了器件性能。

目前主流的降低SiO₂/SiC界面中的陷阱電荷的方法是使用高溫氣體退火。常用的退火氣體有含氮?dú)怏w(如N₂、NH₃、N₂O、NO)、Ar、H₂、POCl₃、O₂等。其中含氮?dú)怏w主要用于降低SiO₂/SiC界面的碳簇現(xiàn)象，H₂用于降低SiO₂/SiC界面的懸掛鍵，POCl₃、O₂用于填補(bǔ)SiO₂柵介質(zhì)層在高溫生長過程中造成氧空位現(xiàn)象。高溫退火的步驟包括在SiC襯底片上生長外延SiC層，進(jìn)行RCA清洗，在O₂、NO和/或N₂O氣氛中熱生長SiO₂層，用N₂、NO等氣體進(jìn)行退火。

使用NO退火SiO₂柵介質(zhì)層的方法可參考美國CREE公司的專利WO2007035304A1。其在SiC材料上形成氧化層的方法包括：在SiC材料上熱生長氧化層(柵介質(zhì)SiO₂)，并在NO氣氛中不低于1175℃的溫度下熱退火，最適宜溫度為1300℃。目的是降低SiO₂層中的碳簇現(xiàn)象，從而降低界面陷阱電荷，提高SiC?MOSFET器件反型層溝道載流子遷移率。熱氧化層退火可以在表面覆有SiC薄膜的SiC管中進(jìn)行。為形成該氧化層，可以在干燥氧氣中熱生長整體氧化層，之后在濕氧氣中再次氧化該整體氧化層。

使用H₂退火SiO₂柵介質(zhì)層的方法可參考美國克里公司的專利CN1531746A。其通過在一層SiC上制備氮化的氧化物層(即SiO₂)和在含氫氣環(huán)境中退火該氮化的氧化物層制備了碳化硅結(jié)構(gòu)。目的是降低SiO₂層中的懸掛鍵，也可以降低界面陷阱電荷，提高SiC?MOSFET器件反型層溝道載流子遷移率。

但是，上述方法都只能降低SiO₂/SiC界面的陷阱電荷，不能填補(bǔ)SiO₂柵介質(zhì)層中由于高溫產(chǎn)生的氧空位陷阱電荷，因此只能提高SiC?MOSFET器件反型層溝道載流子遷移率，不能提高該器件中SiO₂柵介質(zhì)層的臨界擊穿電場。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種制備SiC?MOSFET柵氧化層的方法，其在熱沉積SiO₂柵介質(zhì)層后使用Cl₂進(jìn)行退火，能夠填補(bǔ)SiO₂柵介質(zhì)層的陷阱電荷，從而提高SiC?MOSFET器件中SiO₂柵介質(zhì)層的臨界擊穿電場。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明，所述制備SiC?MOSFET柵氧化層的方法包括：首先在SiC外延層上熱生長SiO₂柵氧化層，然后在500～1000℃，優(yōu)選700～800℃下，包含Cl₂的環(huán)境中退火該柵氧化層。