[發(fā)明專利]一種制備碳化硅MOSFET柵介質(zhì)層的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911005945.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN110808282A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王謙;柏松;費(fèi)晨曦;楊勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
• 主分類號(hào): H01L29/423
• 分類號(hào): H01L29/423;H01L29/16
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 孫淑君

本發(fā)明提供一種制備碳化硅MOSFET柵介質(zhì)層的方法，包括如下步驟：提供SiC基材，并將所述SiC基材放置于ALD反應(yīng)腔室中；將所述ALD反應(yīng)腔室升溫；采用ALD工藝在所述SiC基材表面依次循環(huán)生長(zhǎng)SiO2薄膜與Al2O3薄膜，形成柵介質(zhì)層；在氧氣氛圍中對(duì)形成的所述柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理。本發(fā)明的柵介質(zhì)層在生長(zhǎng)過(guò)程中，未消耗SiC外延片中的Si原子從而避免了柵介質(zhì)層與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(jiǎn)化器件制備工藝過(guò)程；本發(fā)明利用ALD技術(shù)形成的柵介質(zhì)層同時(shí)具備SiO₂高擊穿強(qiáng)度，禁帶寬度寬，熱穩(wěn)定性高，以及Al₂O₃介電常數(shù)高的特點(diǎn)，可大幅降低引入柵介質(zhì)薄膜中的電場(chǎng)強(qiáng)度，避免柵介質(zhì)擊穿，并抑制柵泄漏電流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種制備碳化硅MOSFET柵介質(zhì)層的方法。

背景技術(shù)

碳化硅作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度寬、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高電子飽和漂移速度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異特性。與傳統(tǒng)Si基功率器件相比，SiC功率器件可獲得更高的擊穿電壓、更低的導(dǎo)通電阻、更高的工作溫度以及更快的開關(guān)速度，作為新一代功率器件備受矚目，成為國(guó)際上新材料、微電子和光電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

目前，SiC SBD(肖特基二極管)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在開關(guān)電源中，尤其是PFC(功率因子校正)電路中替代傳統(tǒng)Si基FRD(快速恢復(fù)二極管)，可有效提高PFC電路的工作頻率與能量轉(zhuǎn)換效率。而針對(duì)SiC MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，其柵介質(zhì)材料普遍采用SiO₂(二氧化硅)。通常在SiC外延片上制備SiO₂柵介質(zhì)層采用熱生長(zhǎng)方法，然而，由于SiO₂與SiC材料晶格不匹配、SiC表面SiO₂熱生長(zhǎng)預(yù)算遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Si，導(dǎo)致其生長(zhǎng)速度緩慢。此外，在SiC表面熱生長(zhǎng)形成SiO₂需要消耗Si原子，從而會(huì)在SiC/SiO₂界面處殘留大量的C 簇，嚴(yán)重影響SiC/SiO₂界面質(zhì)量，造成SiC MOSFET器件溝道載流子遷移率低，降低器件性能。此外，在SiO₂/SiC界面處，具有低介電常數(shù)的SiO₂(κ＝3.9)相對(duì)于SiC(κ＝10.0)，會(huì)導(dǎo)致SiO₂中的電場(chǎng)強(qiáng)度約是SiC中的2.5倍。因此，為了避免SiO₂不被高電場(chǎng)過(guò)早擊穿， SiC MOSFET必須工作在SiC的臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度(3MV/cm)以下，從而嚴(yán)重限制了SiC MOSFET在高功率應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)。

因此，為了克服SiO₂柵介質(zhì)層的上述問(wèn)題，如何提供一種可替代的且具有高介電常數(shù)柵介質(zhì)層及其制備方法實(shí)屬必要。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了提供一種制備碳化硅MOSFET柵介質(zhì)層的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中SiO2柵介質(zhì)層的熱預(yù)算高、SiC/SiO₂界面處C簇聚集、以及介電常數(shù)低的問(wèn)題。

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

一種制備碳化硅MOSFET柵介質(zhì)層的方法，包括如下步驟：

S1：提供SiC基材，并將SiC基材放置于ALD反應(yīng)腔室中；

S2：將ALD反應(yīng)腔室升溫；

S3：采用ALD工藝在SiC基材表面依次循環(huán)生長(zhǎng)SiO₂薄膜與Al₂O₃薄膜，形成柵介質(zhì)層。

S4：在氧氣氛圍中對(duì)形成的柵介質(zhì)層進(jìn)行退火處理。

本技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，SiC基材包括SiC襯底以及形成于SiC襯底上的SiC外延片， SiC襯底與所述SiC外延片之間還包括緩沖層。