[发明专利]MOS电容以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种MOS电容。本发明还涉及这种MOS电容的制造方法。

背景技术

SiC材料作为第三代半导体材料的代表，具有许多优越的性能，如带隙宽、高热导率、高击穿场强、高饱和速度。这使得SiC适合制作高温大功率、高温高频以及抗辐射器件。SiC材料的一个显著的优点就是可以通过热氧化方法在其表面直接生成SiO₂层，这意味着SiC材料是制作大功率金属-氧化层半导体场效应晶体管(即，MOSFET)以及绝缘栅双极型晶体管等SiO₂/SiC金属氧化物半导体器件的理想材料。

但是，通过热氧化方法在SiC表面直接生成SiO₂层后，在SiC层的与SiO₂层相接触的表面上会由于氧化而产生大量的悬挂键、碳团簇和氧空位等缺陷，并且由于氧原子的扩散速率的不一致而导致该表面为粗糙的形状(如图1所示)。对于SiC MOS器件而言，反型沟道形成在SiC的与SiO₂相接触的表面区域，而在该表面区域的这些缺陷和粗糙的形状会造成载流子迁移极低，造成器件性能的严重降低。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种制造MOS电容的方法。根据本方法制造的MOS电容，反型沟道载流子迁移较高，MOS电容的性能较好。

根据本发明的第一方面，提出了一种制造MOS电容的方法，该方法包括步骤一：在基板上设置SiC外延层；步骤二：在SiC外延层上设置氧隔离层；步骤三：在氧隔离层上设置硅层；步骤四：将硅层氧化成SiO₂层。

根据本发明的方法，在将硅层氧化成SiO₂层的过程中，氧隔离层可以几乎完全避免氧原子扩散到SiC外延层内。这样，在SiC外延层与氧隔离层接触的区域就没有悬挂键、碳团簇和氧空位等缺陷以及粗糙的表面，而是保持光滑的表面。由此，在使用由这种方法制备的MOS电容时，形成在SiC外延层与氧隔离层接触的区域的反型沟道载流子迁移率会较高，并且MOS电容的电性能也因此较好。另外，SiO₂层通过氧化设置在氧隔离层上的硅层而得到。由于氧隔离层可以几乎完全避免氧原子扩散到SiC外延层内，因此可以充分地对硅层进行氧化而不必担心SiC外延层受到不利影响，从而可以将硅层完全氧化成SiO₂层，并由此提高栅介质层的品质。

在一个实施例中，氧隔离层为氮氧化硅层。氮氧化硅层具有良好的耐原子氧特性，因此在氧化过程中可以几乎完全避免氧原子扩散到SiC外延层内，由此避免SiC外延层形成粗糙的表面，以及SiC外延层表面上的碳团簇和氧空位。此外，氮氧化硅层内的氮原子可以与SiC表面上未成键的硅原子和碳原子形成Si≡N和C≡N键，由此减少了SiC外延层表面上的悬挂键，这有助于进一步提高了MOS电容的反型沟道载流子的迁移率，此外所形成的Si≡N和C≡N键还提高了氮氧化硅层与SiC外延层的结合强度。还应注意地是，在氮氧化硅中，氮原子存在于SiO₂内的晶体缺陷处而对SiO₂整体的晶体结构影响较小，因此氮氧化硅层与SiO₂层之间的界面的错配度较低，从而提高了氮氧化硅层与SiO₂层的结合牢固程度。

在一个优选的实施例中，氮氧化硅层的厚度为1-10nm。发明人发现，这种厚度的氧隔离层内的缺陷浓度最低，在将硅层氧化成SiO₂层时，其完全能够避免氧原子扩散到SiC外延层中。由此，在提高栅介质层的绝缘性的同时不必大幅增加栅介质层的厚度，从而也有助于减小MOS电容的整体厚度。

在一个实施例中，氮氧化硅层以化学气相沉积的方式形成。由此，在制备氮氧化硅时，可以根据实际情况调节化学气相沉积的气氛组成从而可实现氮氧化硅层与SiC外延层和硅层的牢固结合。

在一个优选的实施例中，在步骤三中，硅层在氮氧化硅层上外延生长而成。这样可以进一步提高氮氧化硅层与硅层的结合牢固程度。

在一个实施例中，在步骤四之后，还在SiO₂层上方设置第一电极，基板包括第二电极和设置在第二电极上方的衬底，SiC外延层设置在衬底上。

在一个优选的实施例中，衬底为SiC衬底。SiC衬底与SiC外延层的晶体结构几乎为相同，使得SiC衬底与SiC外延层之间的界面的错配度也非常低，有助于SiC衬底与SiC外延层之间的牢固结合。