[发明专利]一种提高SiC MOSFET器件性能稳定性的制作方法

说明书

本发明涉及碳化硅半导体器件制造及可靠性技术领域，一种提高SiC MOSFET器件性能稳定性的制作方法，包括以下步骤：(1)采用RCA工艺清洗，(2)高温热氧化，(3)电子回旋共振微波一步处理或分步处理，(4)涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入形成源区和漏区，(5)完成SiC MOSFET的制作。本发明通过电子回旋共振混合等离子体放电产生大量N、H、Cl高反应活性物质，其中N、H可钝化界面及近界面氧化层陷阱，Cl可钝化栅氧化层中的可动离子，通过二元N‑Cl或三元H‑N‑Cl混合等离子体的协同作用可以显著并同时提高SiC MOS器件阈值电压在低温(80～250K)和高温(350～550K)的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种提高SiC MOSFET器件性能稳定性的制作方法，属于碳化硅半导体器件制造及可靠性技术领域。

背景技术

SiC半导体具有禁带宽度大、临界击穿场强高、热导率高、载流子饱和漂移速度高等优异的物理和电学特性，使其在高温、高频率、大功率器件电子领域具有广泛地应用前景。同时，相比于其它宽禁带半导体，SiC可以由热氧化形成SiO₂层，这一优异的特点有利于利用传统的硅工艺来加工制造SiC MOS器件。随着不同氧化和钝化技术的发展，SiC MOS器件高界面态以及沟道迁移率低的问题得以基本解决，其中朱巧智等人(博士论文：SiO₂/SiC界面过渡区及其等离子体钝化工艺研究)利用N和H混合等离子体处理显著地降低了界面态密度。然而，另一个关键问题是器件在偏压温度下阈值电压或平带电压不稳定性问题，在MOS电容的宏观体现是C-V曲线和平带电压发生漂移。该不稳定性的根源可归因于SiO₂/SiC界面和近界面附近陷阱的电荷俘获以及栅氧化层SiO₂中的可动离子，在高温下MOS平带电压(MOSFET阈值电压)不稳定性与电荷俘获和可动离子有关，而在低温下由于可动离子被冻结，平带电压不稳定性只与电荷俘获有关。因此，减小电荷俘获和钝化或中性化可动离子是SiC MOS器件研究领域急待解决的关键技术问题。本专利期望在李秀圣(硕士论文：SiO₂/SiC界面氮氢等离子体处理及电学特性研究)、朱巧智所报道(博士论文：SiO₂/SiC界面过渡区及其等离子体钝化工艺研究)的显著地降低界面态的基础上，同时提高器件的稳定性。

针对界面附近陷阱的电荷俘获问题，郭辉等人在专利[公开号：CN 101540280A]中提出了一种低偏移平带电压SiC MOS电容制作方法。其中的关键工艺即为在氧化前依次向SiC衬底离子注入一层N⁺和Al^-离子。该方法降低了界面陷阱密度，MOS电容平带电压偏移小。但该方法仅降低了界面陷阱密度，而对于关键的近界面氧化层陷阱钝化情况并未报道，并且该工艺步骤多工艺较为复杂。

汤晓燕等人在其专利[公开号：CN102842489A]中提出了在N-SiC外延材料上淀积一层1～10nm厚的AlN，随后再干氧氧化的工艺方法来降低SiO₂/SiC界面陷阱密度，减小MOS电容平带电压偏移。但该方法不仅引入了新的界面可能产生更多界面陷阱，而且AlN层也不利于后续O₂的扩散来热氧化。AlN层的作用有利于减小界面陷阱、降低平带电压漂移。

针对可动离子影响器件不稳定问题，Woods等人在其专利[公开号：US4007294]中提出了一种电晕放电技术引入F^-离子到SiO₂层的方法，F^-离子在SiO₂层中引入中性化和固定化正Na⁺，处理后的平带电压几乎没有漂移，改善了MOS器件的稳定性。然而，该专利申请者是在Si体系下的SiO₂进行的可动离子的钝化，并未在SiC体系下进行尝试。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种提高SiC MOSFET器件性能稳定性的制作方法。该方法可获得低温(80～250K)和高温(350～550K)下较为稳定的SiCMOS器件的平带电压和阈值电压，从而改善MOS器件性能的稳定性。