[发明专利]一种降低SiO2/SiC界面态密度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及SiC(碳化硅)半导体器件的性能改进技术领域，特别是SiC-MOS器件制作过程中一种降低SiO₂/SiC界面态密度的方法。

背景技术

SiC半导体具有禁带宽度大、临界击穿电场高、热导率高、载流子饱和漂移速度高等优异特性，在高温、高频、大功率器件领域具有极大应用潜力。同时，SiC是唯一一种可以热氧化形成SiO₂膜的宽带隙化合物半导体，这一特点使SiC-MOS器件可以在成熟的硅工艺上实现。然而，实际制作的SiC-MOS器件存在沟道迁移率低的问题，其主要原因是SiO₂/SiC界面态密度过高。因此，降低SiO₂/SiC界面态密度是SiC-MOS器件研究领域的关键技术问题。

目前，氮钝化是公认最有效的降低SiO₂/SiC界面态密度的方法。郭辉等人在专利[申请号：200910022011.9]中提出了一种低界面态密度的SiC-MOS电容制作方法。其中的关键工艺即为在氧化前向SiC衬底离子注入一层N⁺离子。该方法有效降低了界面态密度，但由于氧化层中含有大量的N元素，导致氧化层绝缘特性下降。

AK.萨克斯勒.MK.达斯在其专利[申请号：03820297]中提出在基本无氧的含氮环境中高温退火，使用了N₂O、NO、NH₃三种气氛。他们都降低了界面态密度，但也都存在一些问题。N₂O/NO气氛下高温退火会向SiO₂/SiC界面引入大量的氧，使氧化层不可控地增加，最终限制该工艺的钝化效率。而在NH3气氛下高温退火，N和H都是以NH₃分子的形式被引入，不能提供原子级的H，所以只有N对界面缺陷有钝化作用，而H几乎没有钝化作用，导致NH₃退火工艺的钝化有效十分有限。

廖奇泊等人在其专利[申请号：201510091817.9]中提出低温N₂/H₂退火方法，可以同时发挥N和H的界面钝化作用，降低界面态密度。但是N₂和H₂在低温很难分解成N、H原子，所以实际其钝化作用的是N、H分子，而分子级的N和H的界面钝化作用十分有限的。

徐茵等人发明了电子回旋共振微波等离子体系统[申请号：01101424.5]。该系统采用具有可调谐振腔和磁多极场位形的腔耦合型电子回旋共振微波等离子体源，利用电子回旋共振原理，通入反应气体参与电子回旋共振放电，通过控制电子回旋共振等离子体源的运行参数可以实现高活化低离子损伤的等离子体。

发明内容

本发明的目的是提供一种SiC氧化后氨等离子体退火处理方法，降低SiO₂/SiC界面态密度。本发明的技术方案如下：

一种降低SiO₂/SiC界面态密度的方法：首先将碳化硅样品清洗，并氧化形成一层SiO₂薄膜；然后对氧化后的样品进行氨等离子体退火处理；在对氧化后的样品进行氨等离子体退火处理中采用了电子回旋共振微波等离子体系统，该电子回旋共振微波等离子体系统主要包括：等离子体系统、微波源、石英放电室、装样室、样品台，其中样品台可以在装样室和石英放电室之间移动；

氧化后氨等离子体处理工艺，实施过程是将氧化后的SiC样品通过样品台载入石英放电室，对石英放电室抽真空，当真空度达到10^-3Pa以下时，开始对石英放电室升温200-800℃；开启电子回旋共振微波等离子体系统的微波源，功率在200-800W条件下，向石英放电室通入NH₃产生氨等离子体，对样品处理5-30min；将样品台冷却到室温，将样品台载入装样室，向装样室充入N₂，在N₂气氛保护下从样品台中取出样品。

本发明的优异效果在于：氨等离子体在放电过程中产生大量N、H、NH和NH₂等高活性物质，同时结合N、H钝化作用，显著降低SiO₂/SiC界面态密度。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为氨等离子体退火处理前后SiO₂膜的电流密度－场强特性曲线。

图3为氨等离子体退火处理前后SiO₂/SiC界面态密度随能量的分布图。