一种SiC基MOS器件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种SiC基MOS器件的制备方法，包括：对SiC外延材料基片进行清洗；在SiC外延材料基片上淀积二维材料薄膜层；通过化学气相沉积或物理气相沉积在二维材料薄膜层上淀积氧化物薄膜层，然后上述所形成的二维材料/氧化物复合薄膜介质层进行退火处理；在SiC外延材料基片背面制作欧姆接触电极层；在氧化物薄膜材料层上制作栅电极层完成SiC基MOS器件的制备。本发明专利技术还提供一种SiC基MOS器件及其应用，利用高迁移率、高面电导率的传输层，提高SiC基MOS器件的热稳定性和高压击穿能力。

A SiC-based MOS device and its preparation method and Application

The invention provides a preparation method of SiC-based MOS devices, including cleaning the SiC epitaxy material substrate, depositing two-dimensional material film layer on the SiC epitaxy material substrate, depositing oxide film layer on two-dimensional material film layer by chemical vapor deposition or physical vapor deposition, and annealing the two-dimensional material/oxide composite film dielectric layer formed above; Ohmic contact electrode layer is fabricated on the back of SiC epitaxy substrate, and gate electrode layer is fabricated on oxide film material layer to fabricate SiC-based MOS devices. The invention also provides a SiC-based MOS device and its application, which improves the thermal stability and high voltage breakdown capability of the SiC-based MOS device by using a high mobility and high surface conductivity transmission layer.

【技术实现步骤摘要】
一种SiC基MOS器件及其制备方法和应用
本专利技术涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种SiC基MOS器件及其制备方法和应用。
技术介绍
碳化硅(SiC)是目前发展最快的宽禁带功率半导体材料，SiC材料的物理和电学特性相比于传统的Si材料具有明显的优势。SiC具有禁带宽、热导率高、击穿场强高、饱和电子漂移速率高等特点，同时还兼具有极好的物理及化学稳定性、极强的抗辐照能力和机械强度等。因此，基于宽禁带SiC材料的电子器件可用于高温、大功率、高频、高辐射等电力电子领域，并能够充分发挥SiC基器件在节能减排方面所占据的重要优势和突出特点。尽管如此，SiC基金属-氧化物-半导体(MOS)功率器件在栅介质层的沟道电子迁移率、可靠性等方面遇到了较大挑战，其中主要的原因是，热氧化SiC衬底而形成的SiO2层与SiC衬底之间有较多的界面态，界面态对载流子的散射导致MOS器件沟道的载流子迁移率比SiC体材料低一个数量级，因此，SiC基MOS器件具有较高的沟道电阻使得SiC开关器件的功率转换损耗大大升高。同时也导致SiC基MOS器件栅介质高场应力下的可靠性降低。这就需要寻找新的方法生长一种高速电子传输层，高迁移率、高面电导率的传输层有利于降低SiC基MOS器件的沟道电阻，从而有助于提高SiC基MOS器件的栅介质界面处的热控能力，进而提高器件的高温可靠性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题之一，在于提供一种SiC基MOS器件的制备方法，通过设置高迁移率、高面电导率的传输层，提高SiC基MOS器件的热稳定性和高压击穿能力。本专利技术要解决的技术问题之一是这样实现的：一种SiC基MOS器件的制备方法，包括以下步骤：S1.对SiC外延材料基片进行清洗；S2.在SiC外延材料基片上淀积二维材料薄膜层；S3.通过化学气相沉积或物理气相沉积在二维材料薄膜层上淀积氧化物薄膜层，然后对步骤S2和步骤S3所形成的二维材料/氧化物复合薄膜介质层进行退火处理；S4.在SiC外延材料基片背面制作欧姆接触电极层；S5.在氧化物薄膜材料层上制作栅电极层完成SiC基MOS器件的制备。进一步的，所述二维材料薄膜层为MoS2、BN材料、Bi2Te3或Bi2Se3，所述二维材料薄膜层的厚度范围为1～50nm。进一步的，所述氧化物薄膜层为SiO2、Al2O3、SixNy、AlN、AlON或HfO2，所述氧化物薄膜层的厚度范围为5～50nm。进一步的，所述步骤S3中对所形成的二维材料/氧化物复合薄膜介质层进行退火处理的条件包括：退火温度范围为400℃～1300℃的温度，退火时间为0.5～3小时，退火气氛为N2、Ar、NO、N2O、POCl3、H2、NH3、P2O5或Sb+NO。进一步的，所述步骤S4制作欧姆接触电极层的退火温度范围为600℃～1100℃，退火气氛为氮气或者氩气。进一步的，所述步骤S5中的栅电极层为Al、Ni、Ti、W、Mo、Ag、Au、Pt或它们的复合金属层。本专利技术要解决的技术问题之二，在于提供一种SiC基MOS器件，通过设置高迁移率、高面电导率的传输层，提高SiC基MOS器件的热稳定性和高压击穿能力。本专利技术要解决的技术问题之二是这样实现的：一种SiC基MOS器件，包括至下而上依次设置的欧姆接触电极层、SiC外延材料基片层、二维材料薄膜层、氧化物薄膜层和栅电极层。进一步的，所述二维材料薄膜层为MoS2、BN材料、Bi2Te3或Bi2Se3，所述二维材料薄膜层的厚度范围为1～50nm。进一步的，所述氧化物薄膜层为SiO2、Al2O3、SixNy、AlN、AlON或HfO2，所述氧化物薄膜层的厚度范围为5～50nm。本专利技术要解决的技术问题之三，在于提供一种SiC基MOS器件的应用，通过设置高迁移率、高面电导率的传输层，提高SiC基MOS器件的热稳定性和高压击穿能力。本专利技术要解决的技术问题之三是这样实现的：一种SiC基MOS器件的制备应用，以所述SiC基MOS器件作为SiC基MOS元胞制造横向的MOSFET器件、垂直方向的MOSFET器件或IGBT器件，所述SiC基MOS元胞结构为平面结构或者沟槽结构。本专利技术具有如下优点：利用二维材料的高迁移率特性以及与SiC材料的晶格匹配特性，将一定厚度的二维材料淀积于三维SiC材料的上表面，并生长氧化物薄膜层，以提高二维材料与三维材料SiC界面处的沟道载流子迁移率，提高SiC基MOS器件的热稳定性和高压击穿能力，起到重要的革新作用。附图说明下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术方法执行流程图。图2为本专利技术实施例一的SiC基MOS器件结构示意图。图3为本专利技术实施例二的SiC基MOS器件结构示意图。图4为本专利技术实施例三的SiC基MOS器件结构示意图。图5为本专利技术实施例四的SiC基MOS器件结构示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的一种SiC基MOS器件的制备方法，包括以下步骤：S1.对SiC外延材料基片进行清洗；S2.在SiC外延材料基片上淀积二维材料薄膜层；S3.通过化学气相沉积或物理气相沉积在二维材料薄膜层上淀积氧化物薄膜层，然后对步骤S2和步骤S3所形成的二维材料/氧化物复合薄膜介质层进行退火处理；S4.在SiC外延材料基片背面制作欧姆接触电极层；S5.在氧化物薄膜材料层上制作栅电极层完成SiC基MOS器件的制备。本专利技术的一种SiC基MOS器件，包括至下而上依次设置的欧姆接触电极层、SiC外延材料基片层、二维材料薄膜层、氧化物薄膜层和栅电极层。本专利技术的一种SiC基MOS器件的制备应用，以所述SiC基MOS器件作为SiC基MOS元胞制造横向的MOSFET器件、垂直方向的MOSFET器件或IGBT器件，所述SiC基MOS元胞结构为平面结构或者沟槽结构。以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明：实施例一如图2所示，本实施例涉及的是带有SiC/MoS2/SiO2栅介质结构的SiC基MOS器件及其制备流程和应用。具体制备流程如下：步骤11：清洗SiC外延材料基片层100，对该基片样品进行标准清洗，具体为：a.依次用丙酮和乙醇超声清洗三遍，再用去离子水冲洗；b.将有机超声后的SiC外延材料基片层100放入浓硫酸和双氧水溶液中至少煮10min；c.将煮过浓硫酸的SiC外延材料基片层100依次用一号液和二号液煮15min，再用去离子水冲洗干净后用氮气吹干待用；其中，一号液为氨水、过氧化氢和去离子水的混合液，按体积比氨水︰过氧化氢︰去离子水＝1︰2︰5，二号液为盐酸、过氧化氢和去离子水的混合液，按体积比盐酸︰过氧化氢︰去离子水＝1︰2︰5；d.将冲洗后的SiC外延材料基片层100放入稀释的氢氟酸(按体积比氟化氢:去离子水＝1:3)内浸泡1min，去除表面的氧化物，并用去离子水清洗，再烘干；步骤12：在SiC外延材料基片层100上淀积二维材料薄膜层，具体为：利用化学气相沉积或物理气相沉积或薄膜溅射等方法将二维材料MoS2薄膜生长到清洗后的SiC外延材料基片层100上，生长的MoS2薄膜层的厚度为1-50nm，形成二维MoS2的高迁移率电传输层200；步骤13：在二维材料薄膜层上淀积氧化物薄膜层，具体为在上述的二维材料MOS2的高迁移率电传输层200上，通过化学气相沉积或物理气相沉积或薄膜溅射等方法淀积高质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC基MOS器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.对SiC外延材料基片进行清洗；S2.在SiC外延材料基片上淀积二维材料薄膜层；S3.通过化学气相沉积或物理气相沉积在二维材料薄膜层上淀积氧化物薄膜层，然后对步骤S2和步骤S3所形成的二维材料/氧化物复合薄膜介质层进行退火处理；S4.在SiC外延材料基片背面制作欧姆接触电极层；S5.在氧化物薄膜材料层上制作栅电极层完成SiC基MOS器件的制备。

【技术特征摘要】
1.一种SiC基MOS器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.对SiC外延材料基片进行清洗；S2.在SiC外延材料基片上淀积二维材料薄膜层；S3.通过化学气相沉积或物理气相沉积在二维材料薄膜层上淀积氧化物薄膜层，然后对步骤S2和步骤S3所形成的二维材料/氧化物复合薄膜介质层进行退火处理；S4.在SiC外延材料基片背面制作欧姆接触电极层；S5.在氧化物薄膜材料层上制作栅电极层完成SiC基MOS器件的制备。2.根据权利要求1所述的一种SiC基MOS器件的制备方法，其特征在于：所述二维材料薄膜层为MoS2、BN材料、Bi2Te3或Bi2Se3，所述二维材料薄膜层的厚度范围为1～50nm。3.根据权利要求1所述的一种SiC基MOS器件的制备方法，其特征在于：所述氧化物薄膜层为SiO2、Al2O3、SixNy、AlN、AlON或HfO2，所述氧化物薄膜层的厚度范围为5～50nm。4.根据权利要求1所述的一种SiC基MOS器件的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中对所形成的二维材料/氧化物复合薄膜介质层进行退火处理的条件包括：退火温度范围为400℃～1300℃的温度，退火时间为0.5～3小时，退火气氛为N2、Ar、NO、N2O、POCl3、H2、NH3、P2O5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑜洁，李昀佶，陈彤，
申请(专利权)人：泰科天润半导体科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11