[发明专利]一种制备SiC MOSFET栅氧化层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备SiC MOSFET栅氧化层的方法，属于SiC MOSFET器件领域。

背景技术

SiC作为第三代半导体材料，具有宽带隙、高热导率、高击穿场强、高饱和速度等优越性能，适合制作高温大功率、高温高频以及抗辐射器件。其被广泛应用的电源装置为电源金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在电源MOSFET中，控制信号被传递给栅电极，该栅电极与半导体表面通过插入的绝缘体被隔开，该绝缘体可以但不限于是二氧化硅。

通常在SiC外延层制备SiO₂栅介质层采用热生长的方法。然而，由于生长过程中SiO₂与SiC材料晶格不匹配，在SiO₂栅介质层和SiO₂/SiC界面中会产生大量的悬挂键、碳簇和氧空位等缺陷电荷，使得在SiC层热生长的SiO₂/SiC界面陷阱电荷比SiO₂/Si界面陷阱电荷大约高两个数量级，造成SiC MOSFET器件反型沟道载流子迁移极低，降低了器件性能。

目前主流的降低SiO₂/SiC界面中的陷阱电荷的方法是使用高温气体退火。常用的退火气体有含氮气体(如N₂、NH₃、N₂O、NO)、Ar、H₂、POCl₃、O₂等。其中含氮气体主要用于降低SiO₂/SiC界面的碳簇现象，H₂用于降低SiO₂/SiC界面的悬挂键，POCl₃、O₂用于填补SiO₂栅介质层在高温生长过程中造成氧空位现象。高温退火的步骤包括在SiC衬底片上生长外延SiC层，进行RCA清洗，在O₂、NO和/或N₂O气氛中热生长SiO₂层，用N₂、NO等气体进行退火。

使用NO退火SiO₂栅介质层的方法可参考美国CREE公司的专利WO2007035304A1。其在SiC材料上形成氧化层的方法包括：在SiC材料上热生长氧化层(栅介质SiO₂)，并在NO气氛中不低于1175℃的温度下热退火，最适宜温度为1300℃。目的是降低SiO₂层中的碳簇现象，从而降低界面陷阱电荷，提高SiC MOSFET器件反型层沟道载流子迁移率。热氧化层退火可以在表面覆有SiC薄膜的SiC管中进行。为形成该氧化层，可以在干燥氧气中热生长整体氧化层，之后在湿氧气中再次氧化该整体氧化层。

使用H₂退火SiO₂栅介质层的方法可参考美国克里公司的专利CN1531746A。其通过在一层SiC上制备氮化的氧化物层(即SiO₂)和在含氢气环境中退火该氮化的氧化物层制备了碳化硅结构。目的是降低SiO₂层中的悬挂键，也可以降低界面陷阱电荷，提高SiC MOSFET器件反型层沟道载流子迁移率。

但是，上述方法都只能降低SiO₂/SiC界面的陷阱电荷，不能填补SiO₂栅介质层中由于高温产生的氧空位陷阱电荷，因此只能提高SiC MOSFET器件反型层沟道载流子迁移率，不能提高该器件中SiO₂栅介质层的临界击穿电场。

发明内容

本发明提供一种制备SiC MOSFET栅氧化层的方法，其在热沉积SiO₂栅介质层后使用Cl₂进行退火，能够填补SiO₂栅介质层的陷阱电荷，从而提高SiC MOSFET器件中SiO₂栅介质层的临界击穿电场。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

根据本发明，所述制备SiC MOSFET栅氧化层的方法包括：首先在SiC外延层上热生长SiO₂栅氧化层，然后在500～1000℃，优选700～800℃下，包含Cl₂的环境中退火该栅氧化层。