[發明專利]一種MOSFET器件氮化方法

有效

• 申請號: 201610786019.2
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN107785270B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 王弋宇;李誠瞻;吳佳;史晶晶;高云斌;陳喜明;趙艷黎;吳煜東;劉可安
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/223
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 劉烽;朱繪

本發明提供了一種MOSFET器件氮化方法，包括使用含氮氣氣體對所述MOSFET器件進行氮化處理，優選所述氮化處理在1200?1500℃，優選1250?1450℃的溫度下進行。根據本發明提供的功率器件氮化方法，通過在器件的氧化過程和/或氧化后在高溫下采用氮氣進行氮化，簡化了氮化鈍化氣體體系，避免柵介質可靠性和擊穿電場強度的降低，避免了氮化氣體產生的潛在毒性和毒氣泄漏風險，簡化了尾氣處理系統。

技術領域

本發明涉及功率器件領域，具體涉及一種MOSFET器件的氮化及鈍化方法。

背景技術

SiC材料是目前唯一一種可以通過熱氧化形成SiO₂膜的化合物半導體，這使得SiCMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)器件的制造和性能優化可以借鑒成熟的Si工藝。但是，SiC MOSFET器件存在溝道遷移率低的問題，其主要原因是熱氧化SiO₂/SiC界面態密度過高。SiO₂/SiC界面態陷阱的主要起源是氧化層中的近界面缺陷和SiO₂/SiC界面處的碳殘留。由于SiC晶格中包含碳原子，導致熱氧化后界面處有碳的懸掛鍵或碳簇殘留。這些界面態陷阱可以俘獲自由電子，并引起庫倫散射，導致器件性能衰退。

在Si工藝中，通常通過氮化在柵介質中引入N元素，形成Si-O-N結構，可以有效抑制多晶硅柵中的摻雜擴散到溝道中，同時提升柵介質可靠性。氮化也是目前最主要的鈍化SiO₂/SiC界面處界面態陷阱的方法。氮化方法的主要原理是將一定濃度的氮原子引入到SiO₂/SiC界面處，以鈍化界面陷阱。現有技術中，氮化鈍化是公認的能有效地降低SiO₂/SiC界面態密度的方法，通常采用在NO或N₂O氣體氛圍下進行氧化或高溫退火處理。這種方法可以有效地降低SiO₂/SiC結構中的界面態密度，并基本保持柵介質的擊穿電場強度在可接受的范圍。該方法的操作例如可參考L·利普金等人的專利申請CN 1311534C和Mrinal KantiDas等人的專利US申請2002/0102358 A1。

但是，NO和N₂O本身具有氧化性，在退火過程中提供N以鈍化界面陷阱的同時，也會對SiO₂/SiC界面進一步進行氧化，導致新的界面陷阱產生，從而降低氮化鈍化的效果。

專利申請US 7727340 B2中研究了使用NH₃作為氮化退火氣體，結果顯示NH₃鈍化可以降低SiC導帶邊緣的界面態密度。但是，NH₃鈍化不僅在界面引入氮原子，在整個介質中也引入過量的N原子，使得SiO₂介質的擊穿電場強度顯著降低。

目前的氮化鈍化工藝，主要是基于NO、N₂O和NH₃氣體開展，如圖1所示。首先需要使用NO/N₂O對SiO₂氧化層進行氮化，然后再通過NH₃退火進一步對SiO₂/SiC界面進行鈍化。該氮化鈍化工藝存在以下缺點：

1)需要使用不同氣體，進行多步氮化鈍化，工藝流程復雜；

2)NO是有毒氣體；N₂O高溫下分解也會產生有毒氣體NO；NH₃易燃，有毒，具有刺激性。因此，退火設備密封性要求較高，設備昂貴，且需要配備復雜的尾氣處理系統，工藝過程較危險，工藝成本高。

3)NO和N₂O本身具有氧化性，在界面處引入N原子的同時，也會對SiO₂/SiC界面進一步進行氧化，導致新的界面陷阱產生，界面態密度也不能被充分降低，從而降低氮化鈍化的效果；