宽带隙半导体器件和用于形成宽带隙半导体器件的方法技术

提供了一种用于形成宽带隙半导体器件（500）的方法（100）。方法（100）包括：在宽带隙半导体衬底上形成栅极绝缘层（110），以及使用至少第一反应性气体种类和第二反应性气体种类来对栅极绝缘层进行退火（120），其中第一反应性气体种类与第二反应性气体种类不同。该方法可以包括在对栅极绝缘层进行退火之后在栅极绝缘层上形成栅电极（130）。

Wideband gap semiconductor devices and methods for forming wideband gap semiconductor devices

【技术实现步骤摘要】
宽带隙半导体器件和用于形成宽带隙半导体器件的方法
示例涉及用于形成宽带隙半导体器件的方法，并且涉及宽带隙半导体器件。
技术介绍
在宽带隙半导体器件中，例如SiC（SiC：碳化硅）MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），反型沟道迁移率可能是低的，并且阈值电压不稳定性或偏置温度不稳定性（BTI）可能相比于比如硅（Si）MOSFET那样的其他半导体器件是高的。由于宽带隙半导体器件（例如，SiCMOSFET）的较高导通电阻和较低效率，低反型沟道迁移率可能限制器件的性能。高阈值电压不稳定性可能限制SiCMOSFET的可靠性。可能存在提供针对具有改进的导通电阻、效率和/或可靠性的宽带隙半导体器件的概念的需要。
技术实现思路
一些实施例涉及一种用于形成宽带隙半导体器件的方法。该方法可以包括：在宽带隙半导体衬底上形成栅极绝缘层，以及使用至少第一反应性气体种类（species）和至少第二反应性气体种类对栅极绝缘层进行退火。第一反应性气体种类可以与第二反应性气体种类不同。一些实施例涉及一种用于形成宽带隙半导体器件的方法。该方法可以包括：在宽带隙半导体衬底上形成栅极绝缘层，在包括至少反应性气体种类的反应性气体氛围（atmosphere）中对栅极绝缘层进行退火，以及在反应性气体氛围中对栅极绝缘层进行退火之后在惰性气体氛围中对栅极绝缘层进行退火。一些实施例涉及一种宽带隙半导体器件。宽带隙半导体器件可以包括宽带隙半导体衬底、晶体管的栅极绝缘层和晶体管的栅电极。栅极绝缘层可以位于宽带隙半导体衬底与栅电极之间，并且宽带隙半导体衬底内的晶体管的沟道区域的电荷载流子迁移率可以高于50cm2/Vs。当在150℃下施加标称栅极电压达1000h时，晶体管的阈值电压可以从标称阈值电压进行变化少于标称阈值电压的10％。附图说明将在下文中仅作为示例并参考附图来描述方法和/或器件的一些示例，在附图中：图1示出了用于使用第一和第二反应性气体种类来形成宽带隙半导体器件的方法的实施例的流程图；图2示出了用于使用反应性气体氛围和惰性气体氛围来形成宽带隙半导体器件的方法的实施例的流程图；图3示出了用于在第一和第二退火过程中使用第一和第二反应性气体种类来形成宽带隙半导体器件的方法的实施例的流程图；图4示出了用于使用同时包括第一和第二反应性气体种类的反应性气体氛围形成宽带隙半导体器件的方法的实施例的流程图；以及图5示出了宽带隙半导体器件的实施例的示意图示。具体实施方式现在将参考其中图示了一些示例的附图来更全面地描述各种示例。在附图中，为了清楚起见，线的粗度、层和/或区域的厚度可能被夸大。因此，虽然另外的示例能够具有各种修改和替换形式，但是在图中示出并且随后将详细描述其一些特定示例。然而，该详细描述不将另外的示例限制于所描述的特定形式。另外的示例可以覆盖落在本公开的范围内的所有修改、等同方案和替换方案。遍及附图的描述，相同或相似的数字指代相似或类似的元件，所述元件当彼此相比较时可以同样地或者以修改的形式来实施，同时提供相同或类似的功能。将理解的是，当一个元件被称为被"连接"或"耦合"到另一个元件时，该元件可以被直接连接或耦合，或者经由一个或多个介于中间的元件来连接或耦合。如果两个元件A和B使用“或”来组合，则这将被理解为公开了所有可能的组合，即仅有A、仅有B以及A和B，如果没有以其他方式明确地（例如，通过术语“要么是......要么是......”）或隐含地限定的话。针对相同的组合的替换措辞是“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。这适用于多于两个元件的组合。此外，如果通过使用诸如“高于”、“低于”、“长于、“短于”、“多于”、“少于”或类似术语之类的术语将值与不同值进行比较，则该比较始终包括比较的边界（在“至少”或“至多”的意义上）。为了描述特定示例的目的而在本文中使用的术语不旨在对于另外的示例是限制性的。无论何时使用诸如“一”、“一个”和“该”之类的单数形式并且既没有明确地也没有暗含地将仅使用单个元件限定为是强制的，另外的示例也可以使用复数个元件来实施相同的功能。同样地，当随后将功能描述为使用多个元件来实施时，另外的示例可以使用单个元件或处理实体来实施相同的功能。将进一步理解的是，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”在被使用时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件、部件和/或其任何组的存在或添加。除非另外限定，否则所有术语（包括技术术语和科学术语）在本文中以它们在所述示例所属于的领域中的普通含义来使用。比如SiCMOSFET那样的一些宽带隙半导体器件例如与比如SiMOSFET那样的小带隙半导体器件相比，可以具有低反型沟道迁移率和高阈值电压不稳定性。较低的反型沟道迁移率可能导致SiCMOSFET的较高导通电阻。较高的阈值电压不稳定性可能导致SiCMOSFET的较低可靠性。由于宽带隙半导体器件的较大带隙可能导致半导体材料中的更多陷阱（trap）或者由于可能由碳种类的涉及以及使用一些退火过程的不充分的缺陷钝化而引起的在SiC衬底和氧化物层的界面处的更高的界面状态和边界陷阱密度，与SiMOSFET相比，可能出现更低的反型沟道迁移率和更高的SiCMOSFET偏置温度不稳定性。其他方法可以展现出高反型沟道迁移率和高偏置温度不稳定性，或低反型沟道迁移率和低偏置温度不稳定性，或低反型沟道迁移率和高偏置温度不稳定性。在宽带隙半导体器件是MOSFET、特别是SiCMOSFET的情况下，取决于宽带隙半导体器件的电压等级，SiCMOSFET的沟道电阻可以构成总RONxA的50％以上。在这里，RONxA是导通电阻和有源器件面积的乘积（典型地以单位[mΩmm2]给出）。有源器件面积是总器件面积中传导电流的一小部分（即，排除了栅极焊盘、栅极流道、JTE等）。当今实现的反型沟道迁移率可以比碳化硅的理论上的体迁移率（bulkmobility）低约一个数量级。如果VTH（VTH：阈值电压）漂移朝向正方向，则施加期间的高阈值电压漂移可能导致导通电阻或RONxA中的逐渐增加（例如，涉及更高的静态损耗），或者如果VTH漂移朝向负方向，则可能导致重新接通（re-turnon）（以及器件破坏）。可以使用若干不同的后氧化技术，以用于例如SiC/SiO2（SiO2：二氧化硅）界面。与SiMOSFET相反，碳相关缺陷种类的涉及可能需要可替换的钝化方案。在SiC/SiO2系统中，可以通过在一氧化氮（NO）或一氧化二氮（N2O）中的直接氧化物生长来实现缺陷钝化。附加地或作为可替换方案，可以利用在至少550℃、或至少600℃、或至少750℃、或至少900℃、或至少1100℃的温度下的一氧化氮或氨气（NH3）后氧化退火（POA）进行的系统缺陷钝化。在下文中，术语“后氧化退火（POA）”指代半导体的氧化部分以及沉积的氧化物层两者的后退火。特别地，“后氧化退火（POA）”可以对应于氧化物层的后退火沉积（即，在氧化物层沉积之后进行退火）。标准形成气体退火或H2中的退火在SiC中可能不是非常有效，而它们在Si/SiO2系统中提供了非常有效的界面态钝化。所有这些后氧化技术可能示出了在SiC/SiO2界面处钝化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成宽带隙半导体器件（500）的方法（100），所述方法（100）包括：在宽带隙半导体衬底上形成栅极绝缘层（110）；以及使用至少第一反应性气体种类和至少第二反应性气体种类来对所述栅极绝缘层进行退火（120），其中所述第一反应性气体种类与所述第二反应性气体种类不同。

【技术特征摘要】
2018.04.04 DE 102018107966.41.一种用于形成宽带隙半导体器件（500）的方法（100），所述方法（100）包括：在宽带隙半导体衬底上形成栅极绝缘层（110）；以及使用至少第一反应性气体种类和至少第二反应性气体种类来对所述栅极绝缘层进行退火（120），其中所述第一反应性气体种类与所述第二反应性气体种类不同。2.根据权利要求1所述的方法（100），其中所述栅极绝缘层的退火（120）包括至少第一退火过程和至少第二退火过程，其中所述第二退火过程在所述第一退火过程之后执行，其中所述第一退火过程在包括至少0.1vol％的所述第一反应性气体种类和至多0.1vol％的所述第二反应性气体种类的反应性气体氛围中执行，其中所述第二退火过程在包括至少0.1vol％的所述第二反应性气体种类和至多0.1vol％的所述第一反应性气体种类的反应性气体氛围中执行。3.根据权利要求1所述的方法（100），其中所述栅极绝缘层的退火（120）在同时包括至少0.1vol％的所述第一反应性气体种类和至少0.1vol％的所述第二反应性气体种类的反应性气体氛围中执行。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中所述第一反应性气体种类是一氧化氮、一氧化二氮、氢气、氨气、过氧化氢、硝酸、水蒸气、磷酰氯、氧气中的一个，并且所述第二反应性气体种类是一氧化氮、一氧化二氮、氢气、氨气、过氧化氢、硝酸、水蒸气、磷酰氯、氧气中的另一个。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中在所述栅极绝缘层的退火（120）期间用惰性气体来稀释所述第一反应性气体种类，使得所述第一反应性气体种类的体积百分比为至少1vol％并且至多50vol％，其中所述第一反应性气体种类是一氧化氮。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其中在所述栅极绝缘层的退火（120）期间用惰性气体来稀释所述第二反应性气体种类，使得所述第二反应性气体种类的体积百分比为至少0.1vol％并且至多10vol％，其中所述第二反应性气体种类是氨气。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），进一步包括：在所述栅极绝缘层的退火（120）之后，在低于1200℃的温度下在惰性气体氛围中对所述栅极绝缘层进行加热，以降低所述栅极绝缘层内的氢浓度。8.一种用于形成宽带隙半导体器件（500）的方法（200），所述方法（200）包括：在宽带隙半导体衬底上形成栅极绝缘层（210）；在包括至少一个反应性气体种类的反应性气体氛围中对所述栅极绝缘层进行退火（220）；以及在反应性气体氛围中对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T艾兴格，G雷舍尔，M施塔特米勒，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE