[發明專利]一種碳化硅材料上制備柵介質的方法

有效

• 申請號: 201511029195.3
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105448742B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 劉麗蓉
• 申請（專利權）人: 東莞市義仁汽車租賃有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336
• 代理公司: 廣東莞信律師事務所 44332
• 代理人: 吳炳賢

本發明公布了一種在碳化硅上制備柵介質材料的方法，該方法包括：在碳化硅表面通過在N2O環境中退火的方式生長1納米厚氧化硅；采用原子層沉積的方法制備三氧化二鋁介質薄膜1納米，前軀體采用三甲基鋁和水，再采用原子層沉積的方法制備三氧化二鋁介質薄膜1納米，前軀體采用三甲基鋁和臭氧，再采用氮氣等離子體處理表面；按照步驟(2)循環5次；最后采用N2O環境下退化。

發明領域

本發明涉及半導體器件的制造，尤其是碳化硅上柵介質的制備技術。

發明背景

近年來，碳化硅MOSFET器件技術不斷發展，采用氧化硅作為柵介質鈍化碳化硅表面制作MOS器件，并采用氧化氮和N₂O環境中退火已顯示出非常高的碳化硅MOS界面特性，但是碳化硅表面電子遷移率仍然很低；隨著原子層沉積技術的不斷進步，氧化鋁介質沉積日益成熟穩定，在碳化硅表面采用原子層沉積技術沉積氧化鋁作為柵介質成為一個重要的解決碳化硅MOS界面缺陷態密度大的技術趨勢。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明所要解決的技術問題是現有碳化硅MOS界面態密度大，導致碳化硅MOSFET器件有效遷移率低，器件性能被極大限制的問題；本發明采用SiO₂界面層技術，采用在N₂O環境中退火技術在碳化硅表面形成界面缺陷態密度小的SiO₂；并采用原子層沉積技術在SiO₂界面層上沉積氧化鋁介質，從而實現在碳化硅表面形成介質缺陷態密度低的柵介質制備。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供一種在碳化硅上制備柵介質材料的方法，所述方法如下：

(1)首先在碳化硅表面通過在N₂O環境中退火的方式生長1-10納米厚氧化硅，預定溫度為1000-1300℃；

(2)然后采用原子層沉積的方法在步驟(1)完成的襯底上制備三氧化二鋁介質薄膜1個周期，前軀體采用三甲基鋁和水；再采用原子層沉積的方法制備三氧化二鋁介質薄膜1個周期，前軀體采用三甲基鋁和臭氧；最后采用氮氣等離子體對介質表面進行等離子吹掃；

(3)按照步驟(2)循環5-10次；

(4)最后將生長好柵介質的碳化硅片在N₂O環境下退火1分鐘，預定溫度為300-900℃。

在上述方案中，其中步驟(1)中采用在N₂O環境中退火形成氧化硅材料，預定溫度至少為1200度。

在上述方案中，其中步驟(1)中采用在N₂O環境中退火形成氧化硅材料，初始氣體駐留的時間為50-60sec。

在上述方案中，其中步驟(1)中采用在N₂O環境中退火形成氧化硅材料，總的氣體駐留的時間為80-180sec。

在上述方案中，其中步驟(2)中氧化鋁介質的生長是在步驟(1)完成后立刻轉入原子層沉積系統進行生長的，時間間隔不超過30sec，原子層沉積溫度為300度。

在上述方案中，其中步驟(2)中氧化鋁介質的生長過程中氮氣等離子體的吹掃的時間為1分鐘，產生等離子體的射頻功率為10-20瓦。

在上述方案中，其中步驟(4)中柵介質的退火時間為1分鐘，溫度為870℃。

(三)有益效果

本發明提供的在碳化硅表面制備柵介質材料的方法，通過SiO2界面層的插入可以有效地降低界面態密度，同時，利用高質量的氧化鋁介質提高MOS器件單位密度電容密度提高了器件的表面電荷濃度，從而提高MOS器件載流子濃度；最后利用在N2O環境中的退火技術，提高氧化鋁介質質量，進一步降低了介質中缺陷態對器件的影響。