[發明專利]在碳化硅上制造絕緣層的方法

有效

• 申請號: 201780083624.6
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN110199380B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 小松雄爾
• 申請（專利權）人: ZF腓德烈斯哈芬股份公司
• 主分類號: H01L21/316
• 分類號: H01L21/316;H01L21/04;H01L29/16
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;曲盛

提出了一種在碳化硅上制造絕緣層的方法。根據所述方法，首先，準備所述碳化硅的表面，然后在低于400℃的溫度下在所述表面上形成所述絕緣層的第一部分。最終，通過在所述第一部分上沉積介電膜來形成所述絕緣層的第二部分。在形成所述絕緣層的第一部分期間和/或之后用波長低于和/或等于450nm的光照射所述碳化硅的表面。

技術領域

本發明涉及根據獨立權利要求的在碳化硅上制造絕緣層的方法。

背景技術

US 7,880,173 B2公開了一種半導體器件和制造半導體器件的方法。它公開了在碳化硅基底上形成柵極絕緣層。它說明了通過在含有O₂或H₂O的氣氛中，在800℃至1200℃范圍內的溫度下將碳化硅的表面氧化來形成柵極絕緣層，其厚度為約50納米。可選地，它教導了使用通過使硅烷和氧氣在400℃至800℃下反應而形成的低溫氧化物在碳化硅基底上沉積硅氧化物。

US 2011/0169015 A1也公開了一種半導體器件和這樣的器件的制造方法。它公開了在碳化硅基底上，形成表面保護膜。它說明了通過在含有O₂和H₂O的氣氛中，在1000℃的溫度下將碳化硅的表面氧化1小時至4小時來形成表面保護膜的表面鈍化層，其厚度為約10納米。在形成表面鈍化層之后，沉積含磷的硅氧化物并且進一步沉積硅氮化物以配制表面保護膜。該表面保護膜也是碳化硅上的絕緣層。

US 5,698,472公開了在高于900℃的溫度下進行SiC表面的氧化的同時在所述氧化期間使用紫外光。紫外光的波長在115nm和180nm之間。

發明內容

根據獨立權利要求的在碳化硅上制造絕緣層的方法與上文引用的現有技術相比表現出以下優勢：

當碳化硅的表面被氧化而沒有足夠的能量來將碳氧化時，殘留的碳原子留在所形成的硅氧化物膜中。這些碳原子以約2.7eV-5eV的結合能與硅氧化物的基質結合。如果在形成硅氧化物時用波長短于450nm的光照射碳化硅的表面，則所述光中的光子具有大于2.75eV的能量并且各光子能夠釋放如下碳原子，所述碳原子的結合能小于所述光子的能量。當所述光具有其峰值短于450nm的發光波長分布時，能夠在形成硅氧化物期間防止殘留的碳。釋放的碳原子也被氧化并且作為氣態一氧化碳或二氧化碳被去除。

由于根據本發明，在低于400℃的溫度下形成絕緣層，因此當在沒有被照射的情況下進行氧化時，在SiC和絕緣層的界面處未氧化的碳原子的數量更高，從而導致界面缺陷。這些界面缺陷會導致平行于表面移動的電子減慢。此外，絕緣層的介電特性和穩定性會受到未氧化的碳原子的負面影響。因為碳原子以上述方式被氧化，根據本發明的照射減少或甚至消除了這樣的負面影響。最終，由這樣制造的SiC制成的器件，如晶體管，具有更好的質量和改善的電學和/或光學特性。

由于根據本發明在低于400℃下形成絕緣層，因此與現有技術相比，在冷卻至室溫之后，熱應力低得多。這改善了例如由碳化硅制成的晶體管器件如MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)或BJT(雙極面結型晶體管)的電氣性能。根據本發明的介電膜能夠表現出高介電常數，這潛在地有益于例如MOSFET的性能。由于在碳化硅的基底與介電膜之間存在絕緣層的第一部分，因此實現了改善的界面質量，如果介電膜直接沉積在碳化硅上，那么界面質量將是不好的。

所述介電膜可以由諸如氧化鋁、氮氧化鋁、鉿氧化物、鉿硅化物、鉿鋁氧化物、鋯氧化物、鋯硅化物、鈦氧化物、鑭氧化物、硅氮化物、氮氧化硅或沉積的硅氧化物的材料組成。所述絕緣層由兩層組成，即通過將碳化硅表面氧化而形成的薄硅氧化物層和沉積在所述薄硅氧化物層上的另一介電膜。

此外，碳化硅表面上的絕緣層的第一部分可以使用可獲得的技術實現而無需過多額外成本。