專利名稱：低界面態(tài)密度的SiC MOS電容制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件的制作，具體的說是 有關(guān)SiC MOS電容的制作方法。
背景技術(shù)：
SiC材料是寬禁帶半導(dǎo)體中唯一一種可以通過自然氧化生成Si02的 第三代半導(dǎo)體材料。這種第三代半導(dǎo)體SiC比前兩代半導(dǎo)體具有禁帶寬
度寬、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率高的優(yōu)勢，這些優(yōu)點(diǎn)可以使其在高溫下工作
更穩(wěn)定，并可以勝任大功率的應(yīng)用。因此，對(duì)于SiC器件和工藝的研究
成為半導(dǎo)體器件研究領(lǐng)域里的熱點(diǎn)。氧化層的質(zhì)量和其界面特性是影響
SiC器件電學(xué)性能的重要因素。SiC器件通常工作在高壓、高功率條件
下，這要求氧化層質(zhì)量比較好、導(dǎo)通電阻比較小、有效遷移率比較高。
而這些難題還一直在阻礙著SiC材料和器件的發(fā)展。目前，如何通過工 藝改進(jìn)來降低SiC/Si02的界面態(tài)密度一直是比較活躍的課題。
按照通常工藝步驟所制造出來的器件，其SiC/Si02界面態(tài)密度高達(dá) 10"cm、V^量級(jí)，這種高密度的界面態(tài)將導(dǎo)致器件性能的嚴(yán)重惡化，甚 至使基于SiC器件的性能還達(dá)不到基于Si器件的性能。為解決這一問題， P.T.Lai等人于2002年在IEEE electron device letters發(fā)表文章，他們采用 的工藝是對(duì)SiC/SiCb界面進(jìn)行氮化處理，即采用NO、 N20作為氧化氣 體進(jìn)行氧化層的生長。采用這種工藝雖然在一定程度上改善了器件的界 面特性，但是仍有以下缺點(diǎn)
(1) 無法精確的控制NO、 N20的氣體劑量，且容易造成含氮?dú)怏w 的浪費(fèi)；
(2) MOS電容的界面態(tài)密度仍然較高；
(3) 工藝繁瑣，不易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述己有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種低界面態(tài)密度的SiC MOS電容制作方法，以精確的控制N"的劑量，減小工藝的復(fù) 雜度，降低MOS電容界面態(tài)密度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟包括
(1) 將N-SiC外延材料進(jìn)行清洗處理；
(2) 在清洗處理后的外延層中，先離子注入能量為1.7 3.5kev，劑 量為1.5xl012 2.5xl012cm'2的N"離子；再干氧氧化一層厚度為 15nm 30nm的Si02;
(3) 對(duì)氧化后的樣片，依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧環(huán)境 中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；
(4) 采用化學(xué)氣相淀積在冷處理后的樣片上，先淀積一層 30nm 90nm厚的Si02，再在溫度為1000士5。C的Ar氣環(huán)境中退火20min;
(5) 在退火后的Si02層上，通過光刻版真空濺射A1制作電極；
(6) 將做好電極的樣品置于溫度為400士5t:的Ar氣環(huán)境中退火 30min，完成器件制作。
本發(fā)明由于在氧化前引入N"離子，在經(jīng)過退火后，N元素電離并將 在SiC/Si02界面附近積聚，在界面和近界面處的N離子與未成鍵的Si 原子形成NsSi鍵、NeO鍵，減少了懸掛鍵，緩和了界面應(yīng)力，降低了 近界面陷阱密度，改善了界面特性；同時(shí)由于采用離子注入的方式注入 N"離子，實(shí)現(xiàn)了工藝上N"的精確可控，并實(shí)現(xiàn)了定量研究注入:^離子 與界面陷阱密度的可能，且保證與現(xiàn)有工藝很好的兼容；此外由于采用 干氧和淀積的方式生長氧化層，提高了氧化層生長的速度，并經(jīng)過后序 的濕氧氧化后退火，使得生長的氧化層質(zhì)量更好。
測試表明，用本發(fā)明方法制作的MOS電容器，其界面陷阱密度為 1()UeV"cm々的量級(jí)，比現(xiàn)有的降低了 1個(gè)數(shù)量級(jí)。


圖l是本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明給出以下制作SiCMOS電容的三種實(shí)施例。 實(shí)施例l，包括如下步驟步驟l，清洗處理N-SiC外延材料。
用去離子水超聲清洗N-SiC外延材料后，用濃硫酸清洗，加熱至冒 煙，煮10min后,浸泡30min分鐘；接著用去離子水沖洗表面數(shù)遍；接 著用H20、H202和氨水比例為5:1:1的1號(hào)清洗液8(TC水浴浸泡5min， 并用氟化氫溶液清洗后，去離子水沖洗表面數(shù)遍；再用H20、 H202和 HC1比例為6: 1: 1的2號(hào)清洗液8(TC水浴浸泡5min，并用氟化氫溶 液清洗后，去離子水沖洗表面數(shù)遍，最后通過紅外燈烘干。
步驟2，離子注入及干氧氧化Si02薄層。
2.1在清洗處理后的外延層上進(jìn)行離子注入，該離子注入的能量為 1.7kev，劑量為1.5xl012cm-2;
2.2將離子注入后的樣片置入溫度為1050士5'C的氧化爐中，采用干 氧方式，氧化一層厚度為15nm的Si02薄層。
步驟3,退火及冷處理。
將干氧后的樣片置于溫度為1100il(TC的Ar氣環(huán)境中，進(jìn)行退火 30min;接著將退火后的樣片置于溫度為950士5。C的濕氧環(huán)境中進(jìn)行濕氧 氧化退火lh;最后將濕氧氧化退火后的樣片置于Ar氣環(huán)境中以4"C/min 的速率冷卻。
步驟4，淀積Si02層及退火。
4.1采用LPCVD方法在冷處理后的樣片上淀積一層厚度為30nm的 Si02;
4.2將淀積后的樣片置于溫度為1000士5'C的Ar氣環(huán)境的退火爐中， 退火20min。
步驟5，濺射A1電極。
在退火后的樣片上采用橫向結(jié)構(gòu)方法，通過濺射制作電極，其中大 電極的直徑為900um，小電極的直徑為200um，兩電極的距離為lmm。 步驟6，退火。
將濺射電極后的樣片置于溫度為400士5。C的Ar氣環(huán)境退火爐中，進(jìn) 行退火30min，完成低界面態(tài)密度的SiC MOS電容的制作。 實(shí)施例2，包括如下步驟步驟l，清洗處理N-SiC外延材料。
去離子水超聲清洗N-SiC外延材料，用濃硫酸清洗，加熱至冒煙， 煮10min后,浸泡30min分鐘;再用去離子水沖洗表面數(shù)遍;接著用H20、 &02和氨水比例為5: 1: 1的1號(hào)清洗液8(TC水浴浸泡5min，并用氟 化氫溶液清洗后，去離子水沖洗表面數(shù)遍；再用H20、 11202和HC1比 例為6: 1: 1的2號(hào)清洗液8(TC水浴浸泡5min，并用氟化氫溶液清洗 后，去離子水沖洗表面數(shù)遍，最后通過紅外燈烘干。
步驟2，離子注入及干氧氧化Si02薄層。
2.1在清洗處理后的外延層上進(jìn)行離子注入，該離子注入的能量為 2.5kev,劑量為2.0xl012cm-2;
2.2將離子注入后的樣片在溫度為1050士5i:的氧化爐中，采用干氧 方式，氧化一層厚度為20nm的SiO2薄層。
步驟3，退火及冷處理。
將干氧后的樣片置于溫度為1100士1(TC的Ar氣環(huán)境中，進(jìn)行退火 30min;接著將退火后的樣片置于溫度為950士5'C的濕氧環(huán)境中進(jìn)行濕氧 氧化退火lh;最后將濕氧氧化退火后的樣片置于Ar氣環(huán)境中以4°C/min 的速率冷卻。
步驟4,淀積Si02層及退火。
4.1采用LPCVD在冷處理后的樣片上淀積一層厚度為60nm的 Si02;
4.2將淀積后的樣片置于溫度為1000±5 °C的Ar氣環(huán)境退火爐中退火 20min。
步驟5，濺射A1電極。
在退火后的樣片上采用橫向結(jié)構(gòu)方法，通過濺射制作電極，其中大 電極的直徑為900um，小電極的直徑為200um，兩電極的距離為lmm。 步驟6，退火。
將濺射電極后的樣片置于溫度為400士5"C的Ar氣環(huán)境退火爐中，進(jìn) 行退火30min，完成低界面態(tài)密度的SiC MOS電容的制作。 實(shí)施例3，包括如下步驟-步驟l,清洗處理N-SiC外延材料。
去離子水超聲清洗N-SiC外延材料后，用濃硫酸清洗，加熱至冒煙， 煮10min后，浸泡30min分鐘；用去離子水沖洗表面數(shù)遍；接著用H20、 &02和氨水比例為5: 1: 1的1號(hào)清洗液8(TC水浴浸泡5min，并用氟 化氫溶液清洗后，去離子水沖洗表面數(shù)遍；再用H20、 11202和HC1比 例為6: 1: 1的2號(hào)清洗液80'C水浴浸泡5min，并用氟化氫溶液清洗 后，去離子水沖洗表面數(shù)遍，最后采用紅外燈烘干。
步驟2,離子注入及干氧氧化Si02薄層。
2.1在清洗處理后的外延層上進(jìn)行離子注入，該離子注入的能量為 3.5kev，劑量為2.5xl012cm-2;
2.2將離子注入后的樣片在溫度為1050i5t:的氧化爐中，采用干氧 方式，氧化一層厚度為30nm的SiO2薄層。
步驟3，退火及冷處理。
將干氧后的樣片置于溫度為llOO士l(TC的Ar氣環(huán)境中，進(jìn)行退火 30min;接著將退火后的樣片置于溫度為950士5X:的濕氧環(huán)境中進(jìn)行濕氧 氧化退火2h;最后將濕氧氧化退火后的樣片置于Ar氣環(huán)境中以4°C/min 的速率冷卻。
步驟4，淀積Si02層及退火。
4.1采用LPCVD在冷處理后的樣片上淀積一層厚度為90nm的 Si02;
4.2將淀積后的樣片置于溫度為1000i5。C的Ar氣環(huán)境的退火爐中退 火20min。
步驟5，濺射A1電極。
在退火后的樣片上采用橫向結(jié)構(gòu)方法，通過濺射制作電極，其中大 電極的直徑為卯Oum，小電極的直徑為200um，兩電極的距離為lmm。 步驟6，退火。
將濺射電極后的樣片置于溫度為400士5X:的Ar氣環(huán)境退火爐中，進(jìn) 行退火30min，完成低界面態(tài)密度的SiC MOS電容的制作。
權(quán)利要求
1.一種低界面態(tài)密度的SiC MOS電容制作方法，包括如下步驟(1)將N-SiC外延材料進(jìn)行清洗處理；(2)在清洗處理后的外延層中，先離子注入能量為1.7～3.5kev，劑量為1.5×1012～2.5×1012cm-2的N+離子；再干氧氧化一層厚度為15nm～30nm的SiO2；(3)對(duì)氧化后的樣片，依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；(4)采用化學(xué)氣相淀積在冷處理后的樣片上，先淀積一層30nm～90nm厚的SiO2，再在溫度為1000±5℃的Ar氣環(huán)境中退火20min；(5)在退火后的SiO2層上，通過光刻版真空濺射Al制作電極；(6)將做好電極的樣品置于溫度為400±5℃的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成電容器件制作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的SiCMOS電容制作方法，其中步驟(3) 所述的在Ar氣環(huán)境中退火，其工藝條件是退火溫度為1100±10°C， 退火時(shí)間為30min。
3 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiCMOS電容制作方法，其中步驟(3) 所述的在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火，其工藝條件是退火溫度為 950士5。C，退火時(shí)間為3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiCMOS電容制作方法，其中步驟(3) 所述的在Ar氣環(huán)境中的冷處理，是按照4°C/min的速率冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低界面態(tài)密度的SiC MOS電容制作方法，主要解決SiC/SiO₂界面陷阱密度過高的問題。其制作過程是對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行清洗處理；離子注入N⁺離子到外延層中后，干氧氧化一層SiO₂；對(duì)氧化后的樣片，依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；采用化學(xué)氣相淀積在冷處理后的樣片上再淀積一層SiO₂，并在Ar氣環(huán)境中退火；通過光刻版真空濺射Al作電極，并在Ar氣環(huán)境中退火，完成電容器件制作。本發(fā)明具有精確控制N⁺劑量，SiC/SiO₂界面陷阱密度低，工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)，可用于提高N型SiC MOS器件SiC/SiO₂界面特性。
文檔編號(hào)H01L21/316GK101540279SQ20091002201
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者睿 張, 張義門, 張玉明, 張甲陽, 王德龍, 萍 程, 輝 郭 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)