一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法和栅氧结构技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域中的一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法和栅氧结构，包括以下步骤：在含氮氧化气体环境下，高温氧化SiC衬底层，并制备出钝化SiO2薄膜层；在无氮氧化气体环境下，退火处理钝化SiO2薄膜层，部分钝化SiO2薄膜层生成致密化SiO2薄膜层；在致密化SiO2薄膜层沉积第一电极层，在SiC衬底层上沉积第二电极层，具有沟道迁移率高和长期栅压作用可靠性高的优点，突破了因氮原子钝化Si、C原子容易引起可靠性下降的瓶颈。子容易引起可靠性下降的瓶颈。子容易引起可靠性下降的瓶颈。

【技术实现步骤摘要】
一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法和栅氧结构


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法和栅氧结构。

技术介绍

[0002]现有SiC功率器件尤其是MOSFET的制备过程中，往往采用已经成熟的SiC热氧化工艺以制备 SiO2氧化绝缘层，如下公式所示：，但是对于热氧生长的SiO2氧化绝缘层，由于不充分的化学反应，其界面处往往会不可避免地出现很多如Si
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Si、C
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C等界面缺陷，致使其沟道迁移率出现大幅下降，与SiC理论电子迁移率相差甚远。
[0003]另一方面，传统方法降低SiO2层界面缺陷的方法是通过NO、N2O、N2等气体的退火工艺，与界面处的Si、C原子发生钝化反应形成Si
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N，C
‑
N提升缺陷能级，避免电子陷入，从而提升沟道电子迁移率。
[0004]尽管之前的研究已经通过利用N原子钝化的手段有效提升了沟道电子的迁移率。但是钝化反应的方向是从SiO2层的顶部向界面处发生，当界面处形成有效的Si
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N、C
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N钝化时，其内部N掺杂的比例更高。这将直接造成其整体厚度增加，并使SiO2层密度下降，在栅极电压作用下容易形成漏电流，在长期使用过程中容易造成可靠性问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的缺点，提供了一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法和栅氧结构，具有沟道迁移率高和长期栅压作用可靠性高的优点，突破了因氮原子钝化Si、C原子容易引起可靠性下降的瓶颈。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法，包括以下步骤：在含氮氧化气体环境下，高温氧化所述SiC衬底层，并制备出钝化SiO2薄膜层；在无氮氧化气体环境下，退火处理所述钝化SiO2薄膜层，部分钝化SiO2薄膜层生成致密化SiO2薄膜层；在所述致密化SiO2薄膜层沉积第一电极层，在所述SiC衬底层上沉积第二电极层。
[0007]可选的，所述含氮氧化气体为NO、N2O或NO2中的任意一种，且所述含氮氧化气体的气体压力为1.5~2.5Pa。
[0008]可选的，所述高温氧化的温度为1200~1400℃。
[0009]可选的，所述高温氧化的时间为10~50min。
[0010]可选的，所述无氮氧化气体为氧气与惰性气体的混合气体，且所述混合气体的氧气与惰性气体的气体比例为1:1~1:2，所述混合气体的气体压力为1.3~1.5Pa。
[0011]可选的，所述退火处理的温度为600~900℃。
[0012]可选的，所述退火处理的时间为10~40min。
[0013]可选的，所述钝化SiO2薄膜层的厚度为20~50nm。
[0014]可选的，所述致密化SiO2薄膜层的厚度为10~40nm。
[0015]一种栅氧结构，包括第一电极层、第二电极层、SiC衬底层、钝化SiO2薄膜层和致密化SiO2薄膜层，所述钝化SiO2薄膜层设置在SiC衬底层上，所述致密化SiO2薄膜层设置在钝化SiO2薄膜层远离SiC衬底层的一端面，且所述致密化SiO2薄膜层由部分钝化SiO2薄膜层退火生成，所述致密化SiO2薄膜层的密度大于钝化SiO2薄膜层，所述第一电极设置在致密化SiO2薄膜层远离致密化SiO2薄膜层的一端面，所述第二电极设置在SiC衬底层远离钝化SiO2薄膜层的一端面。
[0016]采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：一方面，通过制备高温氧化后的钝化SiO2薄膜层，再进一步对其进行氧化退火处理，从而得到未钝化处理的致密化SiO2薄膜层，并且通过控制退火时间，精确控制钝化SiO2薄膜层与致密化SiO2薄膜层的厚度比例，从而抑制界面态缺陷的产生，同时保证钝化SiO2薄膜层与致密化钝化SiO2薄膜层所构成的SiO2层内部的致密性，防止在栅压作用下，产生栅极漏电流，造成可靠性的问题；另一方面，通过600~900℃的退火温度设置，低于传统的退火温度设置，从而使得在SiC衬底层不会进一步氧化形成例如Si
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Si键和C
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C键的碳团簇，进一步保证界面载流子拥有较高的迁移率。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本实施例一提出的一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法流程图；图2为本实施例五提出的一种栅氧结构的结构图。
具体实施方式
[0019]下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。
[0020]实施例一由于纯SiO2层的膜层致密度较大，但随着氮原子钝化的引入，会导致纯SiO2层的膜层密度不断下降，且还会导致其所制备的栅氧结构的栅极耐压性能不断下降，因此，综合考虑SiO2的有效性和对栅极漏电流的抑制，远离SiC衬底层界面处的致密化SiO2薄膜层的膜层致密度得到有效提升之后，方能达到提升栅极耐压可靠性的目的。
[0021]因此，如图1所示，一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法，包括以下步骤：清洗SiC衬底层的晶面缺陷；具体地，首先对SiC初始片使用清洗气体进行清洗，得到SiC衬底层，其中，SiC初始片即为SiC衬底层上的晶面缺陷，且在进行晶面缺陷清洗时，清洗气体可以为氢气，清洗温度可以设置为500℃。
[0022]完成清洗后，在含氮氧化气体环境下，高温氧化SiC衬底层，并制备出钝化SiO2薄
膜层，具体地，含氮氧化气体为NO、N2O或NO2中的任意一种，且含氮氧化气体的气体压力为1.5~2.5Pa，高温氧化的温度为1200~1400℃，高温氧化的时间为10~50min，另一方面，钝化SiO2薄膜层的厚度为20~50nm，此时，SiC衬底层高温氧化过程中，其发生如下公式的反应：，从而通过利用氮原子钝化的方法，提升沟道电子的迁移率。
[0023]为进一步解决由于氮原子钝化使得钝化SiO2薄膜层内部氮原子掺杂比例提高，影响整体厚度和钝化SiO2薄膜层密度的问题，还需在无氮氧化气体环境下，退火处理钝化SiO2薄膜层，部分钝化SiO2薄膜层生成致密化SiO2薄膜层，具体地，无氮氧化气体为氧气与惰性气体的混合气体，且混合气体的氧气与惰性气体的气体比例为1:1~1:2，混合气体的气体压力为1.3~1.5Pa，退火处理的温度为600~900℃，退火处理的时间为10~40min，其中，致密化SiO2薄膜层的厚度为10~40nm。
[0024]其中，惰性气体用于稀释氧化气体，防止氧化反应过快，导致SiC衬底层上反应活性部分迅速氧化，使得缺乏活性部分反应不彻底，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在含氮氧化气体环境下，高温氧化SiC衬底层，并制备出钝化SiO2薄膜层；在无氮氧化气体环境下，退火处理所述钝化SiO2薄膜层，部分钝化SiO2薄膜层生成致密化SiO2薄膜层；在所述致密化SiO2薄膜层沉积第一电极层，在所述SiC衬底层上沉积第二电极层。2.根据权利要求1所述的一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法，其特征在于，所述含氮氧化气体为NO、N2O或NO2中的任意一种，且所述含氮氧化气体的气体压力为1.5~2.5Pa。3.根据权利要求1所述的一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法，其特征在于，所述高温氧化的温度为1200~1400℃。4.根据权利要求1所述的一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法，其特征在于，所述高温氧化的时间为10~50min。5.根据权利要求1所述的一种SiC功率器件的栅氧结构制备方法，其特征在于，所述无氮氧化气体为氧气与惰性气体的混合气体，且所述混合气体的氧气与惰性气体的气体比例为1:1~1:2，所述混合气体的气体压力为1.3~1.5Pa。6.根据权利要求1所述的一种SiC功率器件的栅氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛况，王珩宇，任娜，邵泽伟，沈华，刘志红，
申请(专利权)人：浙江大学嘉兴斯达半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：