[发明专利]一种提高SiC MOSFET器件高、低温稳定性的钝化方法

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器件高、低温稳定性的钝化方法，包括以下步骤：(1)采用RCA工艺清洗，(2)高温热氧化，(3)氮氢混合等离子体钝化处理，(4)涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入以形成源区和漏区，(5)完成SiC MOSFET的制作。本发明通过氮氢混合等离子体中N‑H的协同作用有效的钝化氧化层陷阱和界面陷阱，其中H元素可以在N钝化的基础上近一步钝化氧化层陷阱和界面陷阱，并将多余的氮产生的深能级陷阱移向禁带下半部分或禁带之外，减少了陷阱对MOS器件稳定性的影响，提高了SiC MOSFET器件在低温(80～300K)和高温(300～500K)下的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种提高SiC MOSFET器件高、低温稳定性的钝化方法，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半导体因具有载流子漂移速度大、禁带宽度大、临界击穿电场强等多个优点，被广泛地应用在高温高频和高压等恶劣环境中，并且因为SiC半导体是唯一可以直接热氧化形成SiO₂薄膜的宽带隙化合物半导体，所以可以代替传统的硅制造SiC MOS器件。然而在实际的氧化及后续步骤中，会使SiC MOS器件的优良性能恶化，在SiC MOS器件中的宏观体现是导致MOS器件平带电压(MOSFET阈值电压)的严重漂移，该漂移的原因归因于在SiO₂/SiC界面和近界面氧化层内陷阱的电荷俘获以及氧化层SiO₂中可动离子的移动，在低温下可动离子会被冻住，不能贡献平带电压(阈值电压)的漂移，所以低温下MOS器件的不稳定性只与陷阱俘获电荷有关。因此，减少氧化层和界面中的陷阱，减少陷阱的电荷俘获是目前SiC MOS器件领域急需解决的关键问题。本专利期望在朱巧智所报道(博士论文：SiO₂/SiC界面过渡区及其等离子体钝化工艺研究)的N、H显著降低界面态的基础上，同时提高器件的高、低温稳定性。

针对氧化层陷阱的电荷俘获问题，郭辉等人在专利[公开号：CN 101540280A]中公开了一种具有低偏移平带电压的SiC MOS电容制作方法，具体过程是在氧化前先后对衬底离子注入N⁺和Al^-，干氧氧化后再沉积一层SiO₂，期间进行多次退火，发现界面陷阱密度降低，并且平带电压偏移减小。但关于氧化层陷阱的钝化情况并未说明，并且该工艺步骤较多过程比较繁琐。

针对界面陷阱的钝化问题，刘莉等人在其专利[公开号：CN 104966665A]提出了用NO进行原位退火能在界面形成稳定的Si≡N键，从而消除界面Si悬挂键减小界面态密度，提高器件性能。但是NO中多出来的氧在退火时会额外氧化SiC产成不平整的氧化层表面，也会在氧化层中产生更多的缺陷劣化SiC MOS器件的性能。

关于评价MOS器件稳定性方法的问题，张平等人在其专利[公开号：CN101271845A]中提出了在MOS器件制作完成后执行连续两次合金化步骤和常温冷却步骤，可减小MOS器件在工作中的电压漂移量，提高器件性能稳定性。然而，该专利申请者没有考虑温度对其的影响以及没有具体说明评价器件稳定性的测试方法。

徐茵、秦福文等人在其专利[公开号：CN 1364946A]中提出了电子回旋共振微波等离子体MOCVD系统。该系统可实现原子尺度控制生长的原位测量，它能使高活性的粒子进入SiO₂氧化层中钝化陷阱并且对氧化层无离子损伤，该系统能满足等离子体与生长表面相互作用，是一种高精密新型的低温外延系统。

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器件高、低温稳定性的钝化方法。该方法可有效的钝化氧化层陷阱和界面陷阱，获得在低温(80～300K)和高温(300～500K)下较为稳定的SiC MOS器件的平带电压(阈值电压)和中带电压，从而提高了SiC MOSFET器件高、低温器件性能的稳定性。