[發(fā)明專利]SiC器件柵介質(zhì)層及SiC器件結(jié)構(gòu)的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710737098.2
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107527803B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程新紅;王謙;鄭理;沈玲燕;張棟梁;顧子悅;錢茹;俞躍輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/285
• 代理公司: 31219 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 余明偉<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明提供一種SiC器件柵介質(zhì)層及SiC器件結(jié)構(gòu)的制備方法，柵介質(zhì)層的制備方法包括：提供一SiC基材，并將SiC基材置于ALD反應(yīng)腔室中；將ALD反應(yīng)腔室升溫至適于后續(xù)所要形成的柵介質(zhì)層生長的溫度；采用ALD工藝于SiC基材表面形成柵介質(zhì)層。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的柵介質(zhì)層在生長過程中，未消耗SiC外延片中的Si原子從而避免了柵介質(zhì)薄膜與SiC界面處C族聚集的現(xiàn)象，提高了界面特性；本發(fā)明利用ALD技術(shù)形成柵介質(zhì)層，熱預(yù)算低，簡化器件制備工藝過程；本發(fā)明的利用ALD技術(shù)形成的柵介質(zhì)層臨界擊穿強(qiáng)度高，漏電小，具有較高的介電常數(shù)，可大幅降低引入柵介質(zhì)薄膜中的電場強(qiáng)度，避免柵介質(zhì)擊穿。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種SiC器件柵介質(zhì)層的制備方法以及SiC器件結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

碳化硅(SiC)材料作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有高臨界擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速率等特點(diǎn)，尤其是高溫或強(qiáng)腐蝕性等惡劣環(huán)境中具有巨大的應(yīng)用潛力，適合制作高溫、高頻、大功率以及抗輻射器件。新一代SiC電力電子器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求緊迫，將直接影響我國電力電子設(shè)備與系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級，迫切需要開展SiC電力電子器件產(chǎn)業(yè)的布局，以避免西方出現(xiàn)基于SiC電力電子器件的高性能大容量電力電子裝備時，我國一時無法應(yīng)對的尷尬局面。但是，我國核心的電力電子器件國產(chǎn)化較低，SiC電力電子器件尚處于原型研制、試制階段，SiC金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)研究更是剛剛起步，SiC絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)功率器件目前還沒有相關(guān)的報道，嚴(yán)重制約了我國SiC電力電子器件產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

目前，在SiC MOSFET功率器件中，柵介質(zhì)材料普遍采用二氧化硅(SiO₂)，通常，在SiC外延片上制備SiO₂柵介質(zhì)層采用熱生長方法，然而，由于SiO₂與SiC材料晶格不匹配、SiC表面SiO₂熱生長預(yù)算遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Si，導(dǎo)致其生長速度緩慢。此外，SiC/SiO₂界面處有大量的C族缺陷存在，并不能發(fā)揮類似于Si/SiO₂界面的優(yōu)勢，即，界面處類受主缺陷密度高達(dá)10¹²～10¹³eV^-1cm^-2，造成SiC功率器件的反型溝道中載流子遷移率極低，降低器件性能。SiO₂薄膜相對于SiC材料具有較低的介電常數(shù)(k_SiO2＝3.9；k_SiC＝10)，根據(jù)高斯定理可知，在高溫高電場時SiO₂薄膜作為柵介質(zhì)時，SiO₂薄膜中較高的電場強(qiáng)度會導(dǎo)致其發(fā)生不可逆的擊穿損壞，導(dǎo)致器件失效。

因此，如何提供一種柵介質(zhì)層的制備方法及基于其的器件結(jié)構(gòu)以解決柵介質(zhì)層的上述問題實屬必要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種SiC器件柵介質(zhì)層及SiC器件結(jié)構(gòu)的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中柵介質(zhì)層的熱預(yù)算高及臨界擊穿強(qiáng)度低、漏電大的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種SiC器件柵介質(zhì)層的制備方法，包括如下步驟：

1)提供一SiC基材，并將所述SiC基材置于ALD反應(yīng)腔室中；

2)將所述ALD反應(yīng)腔室升溫至適于后續(xù)所要形成的柵介質(zhì)層生長的溫度；

3)采用ALD工藝于所述SiC基材表面形成所述柵介質(zhì)層。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，還包括步驟4)，采用第一等離子體對所述柵介質(zhì)層表面進(jìn)行等離子體后處理。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一等離子體為氧等離子體，進(jìn)行所述等離子體后處理的步驟包括：

4-1)向所述ALD反應(yīng)腔室中通入含氧氣體和載氣；