本发明专利技术属于SiC半导体器件制作及可靠性技术领域，一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，包括以下步骤：(1)采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，(2)SiC晶片氧化，(3)对步骤2制备的样品在含氧元素气氛下进行氧化后退火处理，(4)对步骤3处理后的样品在含氯元素气氛下进行氧化后退火处理，(5)对步骤4处理后的样品进行涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入形成源区和漏区，(6)完成SiC MOSFET的制作。本发明专利技术通过分两步在界面中分别引入氧元素和氯元素，既可以有效消除SiC/SiO2界面附近陷阱，又可以通过氯元素固定SiO2薄膜中的可动离子，从而有效提升SiC MOSFET器件的稳定性和可靠性。可靠性。可靠性。
【技术实现步骤摘要】
提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺
[0001]本专利技术涉及一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，属于SiC半导体器件制作及可靠性
技术介绍
[0002]SiC由于其拥有明显高于Si，Ge(第一代半导体)和GaAs(第二代半导体)的禁带宽度，被研究人员称之为第三代半导体。由于其较大的禁带宽度，SiC拥有第一，二代半导体难以比拟的物理特性，如高临界电场，高电子饱和漂移速率以及高热导率。这使得SiC材料有潜力在高温高压大功率领域取代即将到达物理极限的Si材料。但是，由热氧化制备的SiC MOSFET却在沟道迁移率和阈值电压稳定性上远逊于Si基MOSFET。这是因为在热氧化的过程中，SiC/SiO2界面附近形成了极多的缺陷，这些缺陷会成为载流子陷阱和电负中心，通过俘获或散射沟道中的载流子来劣化SiC MOSFET的沟道迁移率以及阈值电压稳定性。除此之外，在高温条件下，SiO2膜中包含的可动离子，如Na和H，会随着电场的施加在SiO2膜中移动，从而影响SiC MOSFET阈值电压的稳定性。因此，通过工艺方法消除界面附近陷阱，固定SiO2膜中的可动离子就能够整体提升SiC MOSFET的沟道迁移率和阈值电压稳定性。
[0003]在消除界面陷阱等方面，朱巧智等人先后尝试了氮等离子体和氮氢混合等离子体处理显著地降低了界面陷阱密度(博士论文：SiO2/SiC界面过渡区及其等离子体钝化工艺研究)。孙雨浓等人也利用了氮氢混合等离子体处理来提升SiC MOS电容的平带电压稳定性(硕士论文：SiC MOS电容近界面氧化层陷阱的等离子体钝化及电压稳定性研究)。但是上述方法都可能会导致SiO2膜绝缘特性的劣化，并在界面附近引入快速陷阱。
[0004]为了解决由外来元素导致的器件劣化，王德君等人在专利[公开号：CN110571140A]上，利用氧元素有效消除了近界面陷阱，该方法可以有效避免对SiO2膜绝缘特性的劣化。但上述方法都是聚焦于处理SiC/SiO2界面附近的陷阱，其对SiO2膜中的可动离子没有明显的抑制作用。因此，王德君等人在专利[公开号：CN109003895A]中又开发了氮，氢和氯等离子体氧化后退火工艺，通过引入氯元素有效的抑制了可动离子。但是，这种方法依旧会对SiO2膜的绝缘特性造成劣化。
技术实现思路
[0005]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提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺。该工艺采用了在含氧元素气氛下和含氯元素气氛下进行两步氧化后退火处理，不仅有效地消除SiC/SiO2界面附近陷阱，而且又可以通过氯元素固定SiO2薄膜中的可动离子，从而提升了SiC MOSFET器件的稳定性和可靠性。
[0006]为了实现上述专利技术目的，解决现有技术存在的问题，本专利技术采取的技术方案是：一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，包括以下步骤：
[0007]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：
[0008](a)将碳化硅晶片置于浓硫酸与双氧水的混合溶液中，80～150℃清洗10～60min，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；
[0009](b)将子步骤(a)中的碳化硅晶片取出置于一号清洗液中，60～90℃清洗1～10min，然后用浓度为0.1％～20％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6:1:1～7:2:1体积比组成的混合溶液；
[0010](c)将子步骤(b)中的碳化硅晶片取出置于二号清洗液中，60～90℃清洗1～10min，然后用浓度为0.1％～20％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6:1:1～8:2:1体积比组成的混合溶液；
[0011](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；
[0012]步骤2、SiC晶片氧化，将SiC晶片置于氧化炉，在O2、O3、NO气氛中氧化，氧化温度控制在1100～1500℃，氧化时间控制在0.5～5h，在SiC晶片上形成一层20～100nm的SiO2薄膜；所述O2和O3为高纯气体，NO是由NO与Ar或N2组成的混合气体，NO的体积分数为0.1～20％；
[0013]步骤3、对步骤2制备的样品在含氧元素气氛下进行氧化后退火处理，具体包括以下四种方式：
[0014](a)高温O2或O3氧化后退火，将步骤2制备的样品放入退火炉内，在O2或O3氛围下进行高温氧化后退火，处理温度控制在700～1200℃，O2或O3流量控制在50～1000sccm，处理时间控制在30～120min；
[0015](b)ECR氧等离子体氧化后退火，将步骤2制备的样品放在样品托上，送入等离子体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10
‑2～10
‑5Pa，随后提升样品托温度至200～900℃，将O2或O3通入反应腔室，气体流量通过质量流量计控制，流量控制在10～300sccm，待反应腔室真空度稳定在0.1～5Pa范围内后开启ECR等离子体微波源，微波功率控制在50～1500W，处理时间控制在1～30min；
[0016](c)高温NO或N2O氧化后退火，将步骤2制备的样品放入退火炉内，在NO或N2O氛围下进行高温氧化后退火，处理温度控制在700～1200℃，NO或N2O流量控制在50～1000sccm，处理时间控制在30～120min；
[0017](d)ECR NO等离子体氧化后退火，将步骤2制备的样品放在样品托上，送入等离子体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10
‑2～10
‑5Pa，随后升温至200～900℃，将N2和O2通入反应腔室，气体流量通过质量流量计控制，N2流量为10～300sccm，N2与O2流量控制比为1：1～10，待反应腔室真空度稳定在0.1～5Pa范围内后开启ECR等离子体微波源，微波功率设定为50～1500W，处理时间控制在1～30min；所述N2、O2和O3均为高纯气体，NO是由NO与Ar或N2组成的混合气体，N2O是由N2O与Ar或N2组成的混合气体，NO或N2O的体积分数为0.1～20％；
[0018]步骤4、对步骤3处理后的样品在含氯元素气氛下进行氧化后退火处理，具体包括以下四种方式：
[0019](a)高温HCl或Cl2氧化后退火，将步骤3处理后的样品放入氧化炉或退火炉中进行，在HCl或Cl2氛围下进行高温氧化后退火，处理温度为700～1200℃，HCl或Cl2流量为50～1000sccm，处理时间为30～120min；
[0020](b)ECR氯等离子体氧化后退火，将步骤3处理后的样品放在样品托上，送入等离子
体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10
‑2～10
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，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，80～150℃清洗10～60min，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，60～90℃清洗1～10min，然后用浓度为0.1％～20％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6:1:1～7:2:1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，60～90℃清洗1～10min，然后用浓度为0.1％～20％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6:1:1～8:2:1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、SiC晶片氧化，将SiC晶片置于氧化炉，在O2、O3、NO气氛中氧化，氧化温度控制在1100～1500℃，氧化时间控制在0.5～5h，在SiC晶片上形成一层20～100nm的SiO2薄膜；所述O2和O3为高纯气体，NO是由NO与Ar或N2组成的混合气体，NO的体积分数为0.1～20％；步骤3、对步骤2制备的样品在含氧元素气氛下进行氧化后退火处理，具体包括以下四种方式：(a)高温O2或O3氧化后退火，将步骤2制备的样品放入退火炉内，在O2或O3氛围下进行高温氧化后退火，处理温度控制在700～1200℃，O2或O3流量控制在50～1000sccm，处理时间控制在30～120min；(b)ECR氧等离子体氧化后退火，将步骤2制备的样品放在样品托上，送入等离子体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10
‑2～10
‑5Pa，随后提升样品托温度至200～900℃，将O2或O3通入反应腔室，气体流量通过质量流量计控制，流量控制在10～300sccm，待反应腔室真空度稳定在0.1～5Pa范围内后开启ECR等离子体微波源，微波功率控制在50～1500W，处理时间控制在1～30min；(c)高温NO或N2O氧化后退火，将步骤2制备的样品放入退火炉内，在NO或N2O氛围下进行高温氧化后退火，处理温度控制在700～1200℃，NO或N2O流量控制在50～1000sccm，处理时间控制在30～120min；(d)ECR NO等离子体氧化后退火，将步骤2制备的样品放在样品托上，送入等离子体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10
‑2～10
‑5Pa，随后升温至200～900℃，将N2和O2通入反应腔室，气体流量通过质量流量计控制，N2流量为10～300sccm，N2与O2流量控制比为1：1～10，待反应腔室真空度稳定在0.1～5Pa范围内后开启ECR等离子体微波源，微波功率设定为50～1500W，处理时间控制在1～30m...
【专利技术属性】
技术研发人员：王德君，尹志鹏，尉升升，秦福文，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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