在碳化硅上制造绝缘层的方法技术

提出了一种在碳化硅上制造绝缘层的方法。根据所述方法，首先，准备所述碳化硅的表面，然后在低于400℃的温度下在所述表面上形成所述绝缘层的第一部分。最终，通过在所述第一部分上沉积介电膜来形成所述绝缘层的第二部分。在形成所述绝缘层的第一部分期间和/或之后用波长低于和/或等于450nm的光照射所述碳化硅的表面。

Method of Manufacturing Insulation Layer on Silicon Carbide

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在碳化硅上制造绝缘层的方法
本专利技术涉及根据独立权利要求的在碳化硅上制造绝缘层的方法。
技术介绍
US7,880,173B2公开了一种半导体器件和制造半导体器件的方法。它公开了在碳化硅基底上形成栅极绝缘层。它说明了通过在含有O2或H2O的气氛中，在800℃至1200℃范围内的温度下将碳化硅的表面氧化来形成栅极绝缘层，其厚度为约50纳米。可选地，它教导了使用通过使硅烷和氧气在400℃至800℃下反应而形成的低温氧化物在碳化硅基底上沉积硅氧化物。US2011/0169015A1也公开了一种半导体器件和这样的器件的制造方法。它公开了在碳化硅基底上，形成表面保护膜。它说明了通过在含有O2和H2O的气氛中，在1000℃的温度下将碳化硅的表面氧化1小时至4小时来形成表面保护膜的表面钝化层，其厚度为约10纳米。在形成表面钝化层之后，沉积含磷的硅氧化物并且进一步沉积硅氮化物以配制表面保护膜。该表面保护膜也是碳化硅上的绝缘层。US5,698,472公开了在高于900℃的温度下进行SiC表面的氧化的同时在所述氧化期间使用紫外光。紫外光的波长在115nm和180nm之间。
技术实现思路
根据独立权利要求的在碳化硅上制造绝缘层的方法与上文引用的现有技术相比表现出以下优势：当碳化硅的表面被氧化而没有足够的能量来将碳氧化时，残留的碳原子留在所形成的硅氧化物膜中。这些碳原子以约2.7eV-5eV的结合能与硅氧化物的基质结合。如果在形成硅氧化物时用波长短于450nm的光照射碳化硅的表面，则所述光中的光子具有大于2.75eV的能量并且各光子能够释放如下碳原子，所述碳原子的结合能小于所述光子的能量。当所述光具有其峰值短于450nm的发光波长分布时，能够在形成硅氧化物期间防止残留的碳。释放的碳原子也被氧化并且作为气态一氧化碳或二氧化碳被去除。由于根据本专利技术，在低于400℃的温度下形成绝缘层，因此当在没有被照射的情况下进行氧化时，在SiC和绝缘层的界面处未氧化的碳原子的数量更高，从而导致界面缺陷。这些界面缺陷会导致平行于表面移动的电子减慢。此外，绝缘层的介电特性和稳定性会受到未氧化的碳原子的负面影响。因为碳原子以上述方式被氧化，根据本专利技术的照射减少或甚至消除了这样的负面影响。最终，由这样制造的SiC制成的器件，如晶体管，具有更好的质量和改善的电学和/或光学特性。由于根据本专利技术在低于400℃下形成绝缘层，因此与现有技术相比，在冷却至室温之后，热应力低得多。这改善了例如由碳化硅制成的晶体管器件如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或BJT(双极面结型晶体管)的电气性能。根据本专利技术的介电膜能够表现出高介电常数，这潜在地有益于例如MOSFET的性能。由于在碳化硅的基底与介电膜之间存在绝缘层的第一部分，因此实现了改善的界面质量，如果介电膜直接沉积在碳化硅上，那么界面质量将是不好的。所述介电膜可以由诸如氧化铝、氮氧化铝、铪氧化物、铪硅化物、铪铝氧化物、锆氧化物、锆硅化物、钛氧化物、镧氧化物、硅氮化物、氮氧化硅或沉积的硅氧化物的材料组成。所述绝缘层由两层组成，即通过将碳化硅表面氧化而形成的薄硅氧化物层和沉积在所述薄硅氧化物层上的另一介电膜。此外，碳化硅表面上的绝缘层的第一部分可以使用可获得的技术实现而无需过多额外成本。照射表面意指将波长等于或短于450nm的光发送至表面上，使得碳化硅的表面暴露于该光。所述光可以是单色的，但是它不必须是单色的，因此所述光可以分布在广泛的波长范围内。可行的是，从光源发射的光的相当一部分可处于超过450nm的波长，仅需要还存在等于和/或低于450nm的光以使得能够将碳原子氧化。在形成所述绝缘层的第一部分期间和/或之后，所述照射可以是连续的或脉冲的。所述光源可以是发射所需光的任何装置。此外，根据本专利技术的方法与所引用的现有技术相比显示出显著的优势并且将例如产生大为改善的由碳化硅制成的晶体管器件。本专利技术的一个特征在于所述光优选地等于和/或低于380nm，这是因为该光更富有能量并且因此更有助于实现氧化。本专利技术的另一个特征是所述光源至少含有灯或激光器或发光二极管。发射这样的光的灯的实例是在Hg环境中使用冷体放电的紫外灯。最好采用这样的灯，将它们保持在连续模式。可以使用超过一个灯。这样的灯的其它实例是气体放电灯，如氩弧灯和氘弧灯。这样的灯的其它实例是准分子灯，其通过自发发射准分子(excimermolecule)来产生紫外光。激光器可以是气体激光器、激光二极管或固态激光器。实例是氮气激光器、准分子激光器。甚至可以使用紫外LED。可以使用非线性效应例如混合来产生紫外光。如果需要的话，可以添加光学器件以将光引导至所述表面。可以执行激光器的扫描以覆盖碳化硅的整个表面。可选地，可以将激光器和灯和二极管或其任何组合在一个光源中组合。本专利技术的另一个特征在于所述光源将光子密度高于所述表面上的碳原子密度的光发射至所述表面上。否则，并非所有碳原子都能够被氧化。本专利技术的另一个特征在于作为绝缘层的第一部分的硅氧化物是通过使表面暴露于臭氧而形成的。该臭氧部分地通过用也照射所述碳化硅表面的相同的光照射氧气而产生。另一个优势在于所述方法可以由以下组成：使用臭氧或O2等离子体与所述表面接触以产生硅氧化物膜。臭氧O3和O2等离子体这两者都是强氧化剂。本专利技术的一个特征在于除了氧气之外，还提供了氮氧化物。所述氮氧化物改善了碳化硅与硅氧化物之间的界面质量，这已经凭经验证实。本专利技术的另一个特征在于使用至少含有氢的气氛，在绝缘层的第一部分与第二部分的形成之间进行照射。当残留的碳原子留在所形成的硅氧化物膜中时，能够通过用短于450nm的光照射绝缘层的第一部分的表面来使将碳原子结合至硅氧化物基质的原子键断开。如果同时从气氛中提供氢物质，那么释放的碳原子与所述氢物质反应并且产生气态甲烷(CH4)分子。由于氢物质一般小到足以进入基质中，因此通过仅将作为碳化硅表面上的绝缘层的第一部分的硅氧化物定位在含有氢物质的气氛中，所述氢物质能够以足够的密度分布在基质内部以与释放的碳原子反应。所产生的甲烷分子的尺寸也小到足以从基质中放出，尽管它比氢物质大。本专利技术的一个特征在于所述氢至少作为分子和/或离子和/或自由基提供。所述氢物质可以仅是氢分子(H2)，而且还可以是氢分子的离子(H2+)、氢原子的离子(H+)、氢分子的自由基(H2*)以及氢原子的自由基(H*)。所述气氛可以含有这些物质中的一种或任何组合。氢分子已经在一定程度上具有反应性，但是离子和自由基更具反应性地增强甲烷的产生过程，并且甚至有助于碳原子从基质中的释放过程。此外，氢原子的离子和自由基比分子小得多，这使得它们易于进入硅氧化物的基质中。氢物质的离子和自由基能够例如经由等离子体过程或催化分解过程从氢分子即可商购获得的H2气体产生。本专利技术的一个特征在于所述等离子体在特定条件下也产生波长短于450nm的光并且所述光能够用于照射碳化硅上绝缘层的第一部分的表面。所述条件的实例是向H2气体照射微波，从而产生波长为约250nm-400nm的紫外光。H2和氩气(Ar)的混合气体甚至增强波长为约260nm-350nm的光发射。替代Ar，惰性气体的其它实例如氙气(Xe)、氪气(Kr)等。等离子体的感应源的其它实例，如RF(射频)放电也能够起作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在碳化硅(SiC)上制造绝缘层的方法，包括以下步骤：‑准备所述碳化硅(SiC)的表面，‑在低于400℃的温度下在所述表面上形成所述绝缘层的第一部分(700、901、951)，‑通过在所述第一部分上沉积介电膜来形成所述绝缘层的第二部分，‑在形成所述绝缘层的第一部分(700、901、951)期间和/或之后，利用光源(LS)用波长低于和/或等于450nm的光照射所述表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.17 DE 102017200615.31.一种在碳化硅(SiC)上制造绝缘层的方法，包括以下步骤：-准备所述碳化硅(SiC)的表面，-在低于400℃的温度下在所述表面上形成所述绝缘层的第一部分(700、901、951)，-通过在所述第一部分上沉积介电膜来形成所述绝缘层的第二部分，-在形成所述绝缘层的第一部分(700、901、951)期间和/或之后，利用光源(LS)用波长低于和/或等于450nm的光照射所述表面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述波长等于和/或低于380nm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述光源(LS)至少含有灯(La)和/或激光器(LX)和/或发光二极管和/或等离子体。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述光源将光子密度高于所述表面上的碳原子密度...

【专利技术属性】
技术研发人员：小松雄尔，
申请(专利权)人：ZF腓德烈斯哈芬股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE