[发明专利]提高SiC MOS器件性能的含氧元素的氧化后处理方法

说明书

本发明属于SiC MOS器件制造工艺技术领域，一种提高SiC MOS器件性能的含氧元素的氧化后处理方法，包括以下步骤：(1)RCA清洗，(2)干氧氧化，(3)将样品放入等离子体反应室内，(4)等离子体辅助氧化后处理开始，(5)等离子体辅助氧化后处理结束，(6)进行离子注入后退火激活杂质，(7)完成SiC MOSFET的制作。利用ECR微波等离子体对SiC/SiO₂界面进行含O等离子体气氛下的低温氧化后处理，而ECR微波等离子体具有高密度、高活性和低损伤的特点，能提高氧化效率，降低界面损伤，有效抑制界面态和近界面氧化物陷阱的产生，从而提升SiC/SiO₂的界面质量，最终整体提升SiC MOS器件电学特性。

技术领域

本发明涉及一种提高SiC MOS器件性能的含氧元素的氧化后处理方法，属于SiCMOS器件制造工艺技术领域。

背景技术

SiC材料是半导体行业内公认的第三代半导体，多应用于高温、高压及大功率领域。这是因为SiC半导体材料本身具备禁带宽度大、临界击穿场强高、高热导率等优势，除此之外，相比于同为第三代半导体的GaN材料，SiC可以通过热氧化轻易获得质量良好的绝缘栅介质SiO₂。但是单纯的热氧化使得SiC/SiO₂界面存在大量界面态，界面附近存在大量的近界面陷阱，进而导致了SiC MOS器件的沟道迁移率和阈值电压稳定性的下降。随着近年来对氧化和钝化技术的发展，SiC/SiO₂界面存在高界面态以及SiC MOSFET沟道迁移率低的问题得到了初步解决，其中2007年，马继开等人在低温下利用湿氧二次氧化对SiC/SiO₂系统进行了处理，对深能级缺陷产生了较好的效果；2015年，刘冰冰等人利用N和H混合等离子体处理结合N和H混合等离子体预处理技术，显著地降低了界面态密度。但是，一般引发SiC MOS器件阈值电压不稳定的主要原因是近界面氧化物陷阱以及栅氧中存在的可动电荷，主要是电应力作用下导致的电荷俘获以及可动电荷的移动所造成的。通过提升器件所处环境的洁净度，可动电荷的影响越来越小，但是近界面氧化物陷阱依旧影响着SiC MOS器件的稳定性。现存的大部分界面钝化工艺，都是通过氧化后退火(POA)的方法改善界面特性，但是在不同程度上劣化了SiC MOS器件的阈值电压稳定性，尤其，针对氧化工艺开发的提升SiCMOS稳定性的方法更为少见。本发明专利期望通过等离子辅助设备，改进氧化后处理工艺，从而在降低SiC/SiO₂界面态密度的同时，提升SiC MOS器件的稳定性。

对于降低SiC/SiO₂界面态密度，郭辉等人发表了一种制备SiC MOS电容的专利[公开号：CN 101540279A]。其中，郭辉等人通过对外延层进行预先N⁺离子注入对其进行补偿掺杂，而后通过热氧化结合化学气相沉积的方法，制备了足够厚度的SiO₂，而后经历退火和电极溅射，获得了SiC MOS电容，该方法通过精确控制N⁺离子的注入剂量降低了界面态密度。而后，郭辉等人又提出了一种低偏移平带电压的SiC MOS的制作方法，并发表了专利[公开号：CN 101540280A]。在该专利中，郭辉等人通过对外延层进行N⁺和Al^-离子注入，随后结合干氧和化学气相沉积获得SiO₂，经历Ar退火后，溅射制备Al电极，从而制成MOS结构，通过精确控制N⁺和Al^-离子的注入剂量，降低了界面态陷阱密度同时减小了MOS电容平带电压偏移。

徐茵、秦福文等人发明了用于表面改性和处理的电子回旋共振(ECR)微波等离子体系统[公开号：CN 1364946A]。该系统采用的是腔耦合式磁多级型微波等离子体源，其原理是利用永磁场约束电子运动方向，使电子绕磁力线做回旋运动并通过微波予以反复赋能，对通入的气体进行ECR微波放电，通过控制ECR微波等离子体源的谐振腔腔长、微波功率和放电气压等参数，在较低温度下产生高活性、高密度、低离子损伤的等离子体。本组开发了ECR等离子体辅助的NHCl混合处理的SiC MOS的工艺专利，本专利在此基础上增加了含氧气氛，从而整体提高处理效率和效果。