一种改进的碳化硅MOSFET器件的制备工艺制造技术

本发明专利技术属于微电子器件制备技术领域，一种改进的碳化硅MOSFET器件的制备工艺，包括以下步骤：(1)采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，(2)对步骤1清洗过的碳化硅晶片进行等离子表面处理，(3)在处理后的碳化硅晶片表面沉积硅薄膜，(4)对沉积的硅薄膜进行氧化，制备栅氧化层薄膜，(5)通过涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入、电极蒸镀来完成碳化硅MOSFET器件的制备。本发明专利技术工艺制备的栅氧化层薄膜的致密性和抗击穿特性都有了明显增强，并且显著降低了半导体和氧化层界面的缺陷态密度，提高了MOS器件的电压稳定性，一定程度上避免了SiC直接氧化造成的界面质量差、氧化膜的厚度无法精确控制等缺点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的碳化硅MOSFET器件的制备工艺


[0001]本专利技术涉及一种改进的碳化硅MOSFET器件的制备工艺，属于微电子器件制备


技术介绍

[0002]碳化硅半导体因具有禁带宽度大(3.26eV)、临界击穿场强高(3MV/cm)、热导率高(3.3
–
4.9W cm
‑1K
‑1)、载流子饱和漂移速度高(2
×
107cm/s)等优点而得到研究者们的广泛关注。近年来随着碳化硅功率器件的不断发展和商业化，碳化硅MOSFET被广泛应用于新能源动力汽车、电力系统、轨道交通、航天航空等重要领域。
[0003]碳化硅MOSFET器件被期望成为低损耗的快速功率转换器件，虽然目前已经实现商业化，但是碳化硅和氧化层之间的界面质量大幅限制了器件性能。碳化硅和氧化层界面态密度达到10
13
eV
‑1cm
‑2以上，即使是在目前工业主流的NO退火处理后的界面缺陷态密度也有10
11
–
10
12
eV
‑1cm
‑2，这比硅和二氧化硅界面态密度高1
–
2个数量级。高密度的界面缺陷会俘获沟道中的载流子，严重影响着器件的沟道迁移率和电压稳定性。此外，栅氧化层的致密性、抗击穿特性等也与器件的性能密切相关。氧化层的质量和界面特性不仅与氧化工艺中的处理方式有关，也和栅氧化层的制备方式有必要联系。现阶段比较有效和常用的栅氧化层制备方式是通过对碳化硅的直接热氧化来实现的，随后采用氧化后退火工艺优化界面特性和氧化膜质量，这虽然能一定程度上降低界面缺陷态密度，但同时也会对器件的阈值电压稳定性、氧化层绝缘特性产生负面效果。基于刘冰冰等人[公开号：CN105355561B]开发的N和H混合等离子体表面处理技术，我们提出了表面等离子体处理结合沉积硅薄膜的自停止氧化技术，避免了SiC直接氧化造成的界面质量差、氧化膜的厚度无法精确控制等缺点，显著改善了氧化膜质量、减少了界面态缺陷、提升了MOS器件电压稳定性。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种改进的碳化硅MOSFET器件的制备工艺。该工艺一定程度上避免了SiC直接氧化造成的界面质量差、氧化膜的厚度无法精确控制等缺点，提升了氧化膜的致密性和抗击穿特性，并且显著降低了半导体和氧化层界面的缺陷态密度，提高了MOS器件的电压稳定性和可靠性。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案是：一种改进的碳化硅MOSFET器件的制备工艺，包括以下步骤：
[0006]步骤1、采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，具体包括以下子步骤：
[0007](a)将碳化硅晶片置于浓硫酸与双氧水的混合溶液中，70～100℃清洗15～60min，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述浓硫酸与双氧水的体积比为1:1；
[0008](b)将子步骤(a)中的碳化硅晶片取出置于一号清洗液中，70～85℃清洗3～10min，然后用浓度为0.1％～10％的氢氟酸水溶液清洗，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述一号清洗液是由水、双氧水和氨水按5:1:1～7:2:1体积比组成的混合溶液；
[0009](c)将子步骤(b)中的碳化硅晶片取出置于二号清洗液中，70～85℃清洗3～10min，然后用浓度为0.1％～10％的氢氟酸水溶液清洗，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述二号清洗液是由水、双氧水和盐酸按5:1:1～8:2:1体积比组成的混合溶液；
[0010](d)将子步骤(c)中的碳化硅晶片取出，采用红外灯烘干碳化硅晶片表面；
[0011]步骤2、将步骤1清洗过的碳化硅晶片转移到电子回旋共振微波等离子体腔室，进行等离子表面处理；首先对放电室采用机械泵和分子泵抽真空处理，当真空度达到(1.2～1.5)10
‑4Pa时，加热升温至400～600℃；随后向放电室通入氮气，流量控制在40～60sccm，或通入氢气，流量控制40～60sccm，或通入氮气与氢气的混合气体，其中：氢气流量控制在40～60sccm，氮气与氢气流量控制比为1:5～10，调节微波功率为600～800W，然后开启电子回旋共振微波等离子体的微波放电源按钮，处理时间为3～10min；
[0012]步骤3、在处理后的碳化硅晶片表面沉积硅薄膜，把经过步骤2处理的碳化硅晶片转移到CVD/PVD/ESPD的反应腔室中，反应腔室的真空度10
‑5～10
‑7Torr，通入高纯度硅烷和氩气，高纯度硅烷和氩气的流量比控制在1:50～60，硅烷气体流量为50～100sccm，反应温度为600～800℃，反应时间控制在10～20min，所沉积的硅薄膜厚度为30～40nm；
[0013]步骤4、将步骤3中的碳化硅晶片转移至高温氧化炉中进行氧化，氧化温度控制在600～1100℃，氧化时间控制在180～300min，氧化后通入流量为400～500sccm氮气退火处理20～40min，随后在氮气氛围下降温到室温；
[0014]步骤5、在含有SiO2薄膜的碳化硅晶片上涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入形成源区和漏区，沉积金属Al电极，在氮气保护下升温至350～500℃，退火10～45min，冷却至室温完成SiC MOSFET的制作。
[0015]本专利技术的有益效果是：一种改进的碳化硅MOSFET器件的制备工艺，包括以下步骤：(1)采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，(2)对步骤1清洗过的碳化硅晶片进行等离子表面处理，(3)在处理后的碳化硅晶片表面沉积硅薄膜，(4)对沉积的硅薄膜进行氧化，制备栅氧化层薄膜，(5)通过涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入、电极蒸镀来完成碳化硅MOSFET器件的制备。本专利技术工艺制备的栅氧化层薄膜的致密性和抗击穿特性都有了明显增强，并且显著降低了半导体和氧化层界面的缺陷态密度，提高了MOS器件的电压稳定性，一定程度上避免了SiC直接氧化造成的界面质量差、氧化膜的厚度无法精确控制等缺点。
附图说明
[0016]图1是本专利技术工艺步骤流程图。
[0017]图2是SiC MOS电容器的J
‑
E特性曲线图。
[0018]图3是hi
‑
lo法提取的界面态密度图。
[0019]图4是423K下应力C
‑
V测试曲线图。
[0020]图中：(a)是RCA清洗后直接沉积Si薄膜所制备器件的C
‑
V曲线图，(b)是RCA清洗结合N等离子体处理再沉积Si薄膜所制备器件的C
‑
V曲线图，(c)是RCA清洗结合NH等离子体处理再沉积Si薄膜所制备器件的C
‑
V曲线图。
[0021]图5是SiC MOSFET的转移特性曲线图。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。
[0023]实施例1
[0024]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进的碳化硅MOSFET器件的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，具体包括以下子步骤：(a)将碳化硅晶片置于浓硫酸与双氧水的混合溶液中，70～100℃清洗15～60min，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述浓硫酸与双氧水的体积比为1:1；(b)将子步骤(a)中的碳化硅晶片取出置于一号清洗液中，70～85℃清洗3～10min，然后用浓度为0.1％～10％的氢氟酸水溶液清洗，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述一号清洗液是由水、双氧水和氨水按5:1:1～7:2:1体积比组成的混合溶液；(c)将子步骤(b)中的碳化硅晶片取出置于二号清洗液中，70～85℃清洗3～10min，然后用浓度为0.1％～10％的氢氟酸水溶液清洗，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述二号清洗液是由水、双氧水和盐酸按5:1:1～8:2:1体积比组成的混合溶液；(d)将子步骤(c)中的碳化硅晶片取出，采用红外灯烘干碳化硅晶片表面；步骤2、将步骤1清洗过的碳化硅晶片转移到电子回旋共振微波等离子体腔室，进行等离子表面处理；首先对放电室采用机械泵和分子泵抽真空处理，当真空度达到(1.2～1.5)10
‑4Pa时，加热升温至400～600℃；随后向放电室通入氮气，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德君，尉升升，尹志鹏，秦福文，于洪权，刘兆慧，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：