[发明专利]一种碳化硅材料上制备栅介质的方法

说明书

本发明公布了一种在碳化硅上制备栅介质材料的方法，该方法包括：在碳化硅表面通过在N2O环境中退火的方式生长1纳米厚氧化硅；采用原子层沉积的方法制备三氧化二铝介质薄膜1纳米，前躯体采用三甲基铝和水，再采用原子层沉积的方法制备三氧化二铝介质薄膜1纳米，前躯体采用三甲基铝和臭氧，再采用氮气等离子体处理表面；按照步骤(2)循环5次；最后采用N2O环境下退化。

发明领域

本发明涉及半导体器件的制造，尤其是碳化硅上栅介质的制备技术。

发明背景

近年来，碳化硅MOSFET器件技术不断发展，采用氧化硅作为栅介质钝化碳化硅表面制作MOS器件，并采用氧化氮和N₂O环境中退火已显示出非常高的碳化硅MOS界面特性，但是碳化硅表面电子迁移率仍然很低；随着原子层沉积技术的不断进步，氧化铝介质沉积日益成熟稳定，在碳化硅表面采用原子层沉积技术沉积氧化铝作为栅介质成为一个重要的解决碳化硅MOS界面缺陷态密度大的技术趋势。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是现有碳化硅MOS界面态密度大，导致碳化硅MOSFET器件有效迁移率低，器件性能被极大限制的问题；本发明采用SiO₂界面层技术，采用在N₂O环境中退火技术在碳化硅表面形成界面缺陷态密度小的SiO₂；并采用原子层沉积技术在SiO₂界面层上沉积氧化铝介质，从而实现在碳化硅表面形成介质缺陷态密度低的栅介质制备。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供一种在碳化硅上制备栅介质材料的方法，所述方法如下：

(1)首先在碳化硅表面通过在N₂O环境中退火的方式生长1-10纳米厚氧化硅，预定温度为1000-1300℃；

(2)然后采用原子层沉积的方法在步骤(1)完成的衬底上制备三氧化二铝介质薄膜1个周期，前躯体采用三甲基铝和水；再采用原子层沉积的方法制备三氧化二铝介质薄膜1个周期，前躯体采用三甲基铝和臭氧；最后采用氮气等离子体对介质表面进行等离子吹扫；

(3)按照步骤(2)循环5-10次；

(4)最后将生长好栅介质的碳化硅片在N₂O环境下退火1分钟，预定温度为300-900℃。

在上述方案中，其中步骤(1)中采用在N₂O环境中退火形成氧化硅材料，预定温度至少为1200度。

在上述方案中，其中步骤(1)中采用在N₂O环境中退火形成氧化硅材料，初始气体驻留的时间为50-60sec。

在上述方案中，其中步骤(1)中采用在N₂O环境中退火形成氧化硅材料，总的气体驻留的时间为80-180sec。

在上述方案中，其中步骤(2)中氧化铝介质的生长是在步骤(1)完成后立刻转入原子层沉积系统进行生长的，时间间隔不超过30sec，原子层沉积温度为300度。

在上述方案中，其中步骤(2)中氧化铝介质的生长过程中氮气等离子体的吹扫的时间为1分钟，产生等离子体的射频功率为10-20瓦。

在上述方案中，其中步骤(4)中栅介质的退火时间为1分钟，温度为870℃。

(三)有益效果

本发明提供的在碳化硅表面制备栅介质材料的方法，通过SiO2界面层的插入可以有效地降低界面态密度，同时，利用高质量的氧化铝介质提高MOS器件单位密度电容密度提高了器件的表面电荷浓度，从而提高MOS器件载流子浓度；最后利用在N2O环境中的退火技术，提高氧化铝介质质量，进一步降低了介质中缺陷态对器件的影响。