一种SiC MOSFET栅氧化层退火方法技术

本发明专利技术涉及一种SiC MOSFET栅氧化层退火方法，包括：制备SiC外延片；在所述SiC外延片上生长SiO2栅氧化层；在惰性气体与Cl2混合气体环境条件下，对所述SiO2栅氧化层进行退火处理。本发明专利技术使用惰性气体与Cl2混合气体退火SiC MOSFET器件的SiO2栅氧化层，提高了SiC MOSFET器件中SiO2栅氧化层的临界击穿电场能力。

An Annealing Method for SiC MOSFET Gate Oxide

The present invention relates to an annealing method for SiC MOSFET gate oxide layer, which includes: preparation of SiC epitaxy sheet; growth of SiO 2 gate oxide layer on the SiC epitaxy sheet; annealing treatment of the SiO 2 gate oxide layer under inert gas and Cl 2 mixed gas environment. The present invention anneals SiO 2 gate oxide layer of SiC MOSFET device with inert gas and Cl 2 mixture gas, and improves the critical breakdown electric field capability of SiO 2 gate oxide layer in SiC MOSFET device.

【技术实现步骤摘要】
一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法
本专利技术属于SiCMOSFET器件领域，具体涉及一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法。
技术介绍
SiC作为第三代半导体材料，具有宽带隙、高热导率、高击穿场强等优势，适合用来制作高温大功率、高温高频以及抗辐射器件。因此，SiC被广泛应用到半导体场效应晶体管(Metal-oxideSemiconductorFieldEffectTransistor，简称MOSFET)。在SiCMOSFET中，由于生长过程中SiO2与SiC材料晶格不匹配，在SiO2栅氧化层的SiO2界面和SiC外延片的SiC界面中会产生大量的悬挂键、碳簇和氧空位等陷阱电荷，影响器件的性能。目前降低SiO2/SiC界面中的陷阱电荷的方法就是使用高温气体退火。常用的退火气体有含氮气体(例如N2O、NO等)、Ar、H2等。其中含氮气体主要用于降低SiO2/SiC界面的碳簇现象，H2主要用于降低SiO2/SiC界面的悬挂键。但在SiCMOSFET中，在高温生长SiO2栅氧化层过程中，SiO2栅氧化层的SiO2界面和SiC外延片的SiC界面中会产生大量的氧空位陷阱电荷，会降低SiCMOSFET器件中SiO2栅氧化层的临界击穿电场能力。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法。本专利技术实施例提供了一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法，包括：制备SiC外延片；在所述SiC外延片上生长SiO2栅氧化层；在惰性气体与Cl2混合气体环境条件下，对所述SiO2栅氧化层进行退火处理。在本专利技术的一个实施例中，制备所述SiC外延片，包括：选取SiC衬底层；在所述SiC衬底层上生长SiC外延层，以形成所述SiC外延片。在本专利技术的一个实施例中，在所述SiC外延片上生长所述SiO2栅氧化层之前，还包括：利用RCA清洗所述SiC外延片。在本专利技术的一个实施例中，在所述SiC外延片上生长所述SiO2栅氧化层，包括：在1000℃～1400℃温度下，通入氧化气体，在所述SiC外延片上生长所述SiO2栅氧化层。在本专利技术的一个实施例中，所述氧化气体为干氧化气体或湿氧化气体。在本专利技术的一个实施例中，在惰性气体与Cl2混合气体环境条件下，对所述SiO2栅氧化层进行退火处理，包括：在500℃～1000℃温度、设定压力和设定时间条件下，在惰性气体与Cl2混合气体环境条件下，对所述SiO2栅氧化层进行退火处理。在本专利技术的一个实施例中，所述设定压力为0.1mbar～1mbar。在本专利技术的一个实施例中，所述设定时间为30～180min。在本专利技术的一个实施例中，所述惰性气体与Cl2混合气体环境条件下，所述Cl2占所述混合气体的比例为20％～90％。在本专利技术的一个实施例中，所述惰性气体为N2、Ar或He。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术使用惰性气体与Cl2混合气体退火SiCMOSFET器件的SiO2栅氧化层，因为能够降低SiCMOSFET器件中的氧空位陷阱电荷，可以提高SiCMOSFET器件中SiO2栅氧化层的临界击穿电场能力。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法流程示意图；图2a～2c为本专利技术实施例提供的一种SiCMOSFET栅氧化层制备工艺流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法温度变化示意图。附图标记说明：SiC衬底层01，SiC外延层02，SiO2栅氧化层03。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1、图2a～2c和图3，图1为本专利技术实施例提供的一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法流程示意图；图2a～2c为本专利技术实施例提供的一种SiCMOSFET栅氧化层制备工艺流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法温度变化示意图。该SiCMOSFET栅氧化层退火方法包括：步骤1、制备SiC外延片；制备所述SiC外延片，包括：步骤1.1、选取SiC衬底层01；请参见图2a，选取SiC衬底层01。SiC具有宽带隙、高热导率、高击穿场强等优势，适合用来制作高温大功率、高温高频以及抗辐射器件，所以SiC被广泛应用到半导体场效应晶体管(MOSFET)中。步骤1.2、在SiC衬底层01上生长SiC外延层02，以形成SiC外延片。使用RCA(湿式化学清洗法)清洗SiC衬底层01；请参见图2b，利用化学气相沉积法在SiC衬底层01上生长SiC外延层02，以形成SiC外延片。其中，SiC外延片包括SiC衬底层01和SiC外延层02。步骤2、在SiC外延片上生长SiO2栅氧化层03；步骤2.1、使用RCA清洗SiC外延片；使用RCA清洗目的是为了去除SiC外延片表面可能存在的有机物、颗粒和金属杂质等污染物，这些污染物的存在会影响SiCMOSFET器件的电学特性。步骤2.2、在SiC外延片上生长SiO2栅氧化层03。首先，将清洗后的SiC外延片放入生长SiO2栅氧化层03的高温氧化炉。进一步地，请参见图3，将高温氧化炉的温度从室温升至氧化温度，即T1→T2过程，使存放有SiC外延片的高温氧化炉内温度达到热氧化生长SiO2栅氧化层03的温度。其中，室温温度为25℃。优选地，氧化温度为1000℃～1400℃。进一步地，请再参见图3，维持高温氧化炉内的温度为氧化温度，即T2→T3过程，将氧化气体通入到高温氧化炉中。其中，通入的氧化气体可以为干氧化气体，也可以为湿氧化气体；请参见图2c，在SiC外延片上生长SiO2栅氧化层03；具体地，通入氧化气体到高温氧化炉，在SiC外延片上生长SiO2栅氧化层03，对于干法氧化，干燥O2与SiC外延片发生反应，生成SiO2和CO，其中，CO气体穿过SiO2并逸出SiC/SiO2界面，在SiC外延片上形成SiO2栅氧化层03；对于湿法氧化，通入H2O蒸汽(或通入H2与O2两种气体，使其在高温氧化炉内发生化合反应生成H2O蒸汽)与SiC外延片反应生成CO、H2和SiO2，其中的CO、H2气体穿过SiO2并逸出SiC/SiO2界面，在SiC外延片上形成SiO2栅氧化层03。生长SiO2栅氧化层03的工艺条件：高温氧化炉内的压力为0.1～1mbar，生长SiO2栅氧化层03的时间为10～180min。其中，生长SiO2栅氧化层03的时间长与短可以得到不同厚度的SiO2栅氧化层03。步骤3、在惰性气体与Cl2混合气体环境条件下，对所述SiO2栅氧化层进行退火处理。首先，请再参见图3，将高温氧化炉的温度降至退火温度，即T3→T4过程，因为退火SiO2栅氧化层03时需要的是退火温度，所以将高温氧化炉的温度降至退火温度。优选地，退火温度为500℃～1000℃。进一步地，请再参见图3，维持高温氧化炉的温度为退火温度，即T4→T5过程，将惰性气体与Cl2混合气体通入到高温氧化炉，退火SiO2栅氧化层03。使用惰性气体与Cl2混合气体退火SiO2栅氧化层03是因为惰性气体与Cl2混合气体中的Cl2能够降低SiCMOSFET器件中的氧空位陷阱电荷，得到具有高临界击穿电场的SiCMOSFET器件SiO2栅氧化层03。采用Cl2与惰性气体混合气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC MOSFET栅氧化层退火方法，其特征在于，包括：制备SiC外延片；在所述SiC外延片上生长SiO2栅氧化层；在惰性气体与Cl2混合气体环境条件下，对所述SiO2栅氧化层进行退火处理。

【技术特征摘要】
1.一种SiCMOSFET栅氧化层退火方法，其特征在于，包括：制备SiC外延片；在所述SiC外延片上生长SiO2栅氧化层；在惰性气体与Cl2混合气体环境条件下，对所述SiO2栅氧化层进行退火处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备所述SiC外延片，包括：选取SiC衬底层；在所述SiC衬底层上生长SiC外延层，以形成所述SiC外延片。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述SiC外延片上生长所述SiO2栅氧化层之前，还包括：利用RCA清洗所述SiC外延片。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述SiC外延片上生长所述SiO2栅氧化层，包括：在1000℃～1400℃温度下，通入氧化气体，在所述SiC外延片上生长所述SiO2栅氧化层。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵锦文，侯同晓，孙致祥，贾仁需，元磊，张秋洁，刘学松，
申请(专利权)人：秦皇岛京河科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13