CN101807527A - 一种SiC MESFET栅极制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SiC MESFET栅极制作方法，该方法在传统工艺的基础上通过增加湿法再氧化的工艺，通入HNO3水汽对氮氧化硅层进行进一步氮化处理，解决了SiC MESFET界面态密度大、肖特基势垒高度低、器件性能差的问题，达到降低界面态密度，降低理想因子，提高肖特基势垒的高度和耐击穿电压，提高器件的性能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件制备工艺，尤其涉及一种SiC MESFET(SiC金属-半导体场效应晶体管)栅极制作方法。
背景技术
碳化硅(SiC)是一种发展迅速的半导体材料，具有比硅和砷化镓更高性能的半导体特性，被人们称为继硅和砷化镓之后的“第三代半导体”，在半导体器件制备方面具有广阔的前景。
SiC可用来制作金属MESFET产品，为使MESFET工作正常，其栅极必须和沟道区形成肖特基接触，场效应晶体管的夹断电压直接取决于该肖特基接触的势垒电压。另外，在SiC MESFET制作工艺中，栅极的制作至关重要，它关系到整个器件的最终性能。
SiC在常温下很难被腐蚀，通用的刻蚀方法都是等离子体干法刻蚀。由于等离子体刻蚀会损伤SiC表面，使界面粗糙，界面态密度增大，因此导致器件性能下降；而且只要等离子体接触到SiC表面就会有材料被溅射出来，因此在圆片表面会发现Fe、Ni等杂质。损伤和污染都会对肖特基接触产生影响，会使理想因子变大，势垒高度下降，从而影响器件的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在对氧化硅层进行氮化处理后通过增加湿法再氧化工艺，对已经生成氮氧化硅层的氧化硅层进行进一步氮化处理，以解决SiC MESFET界面态密度大、肖特基势垒高度低、器件性能差的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种SiC MESFET栅极制作方法，包括以下步骤：
1)在SiC衬底上通过同质外延制备出缓冲层、沟道层、盖帽层；
2)在盖帽层上生长掩蔽层，光刻、刻蚀掩蔽层形成栅区；
3)去除掩蔽层，干法刻蚀掉栅区处盖帽层；
4)在栅区处沟道层表面进行氧化，并腐蚀氧化层以去除SiC损伤层；
5)在栅区处沟道层表面进行热氧化生成氧化硅层；
6)对氧化硅层进行氮化处理生成氮氧化硅层；
7)涂敷光刻胶，曝光、显影后形成栅区窗口；
8)湿法刻蚀栅区氮氧化硅层；
9)蒸发淀积金属形成栅极；
其中：在上述步骤6)和步骤7)之间增加采用湿法再氧化工艺对氮氧化硅层进行进一步氮化处理的步骤。
作为本发明进一步改进的技术方案，在上述湿法再氧化后的氮氧化硅层上淀积氮化硅层，并且在上述步骤7)和步骤8)之间增加干法刻蚀栅区氮化硅层的步骤。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：由于在SiC界面处存在悬挂键，在高温NH3或NO或NO2气氛下进行氮化处理，可以饱和部分悬挂键，以降低SiC的界面态密度；另外，在湿法再氧化时通入含体积比为5％～20％的HNO3水汽，HNO3水汽在高温下可分解为NO或NO2，由于湿法氧化有更高的扩散速率，这就可以进一步将NO或NO2带入SiC界面，因此进一步降低了界面态密度，从而降低了理想因子，提高了肖特基势垒的高度和耐击穿电压，提高了器件的性能。
本发明所产生的进一步的有益效果在于：在上述湿法再氧化的氮氧化硅层上淀积的氮化硅层能保证栅极形貌，避免用湿法刻蚀氮氧化硅层时对栅极形貌造成破坏，提高了栅极的稳定性和可靠性，保证栅长的实际值不偏离设计值，对提高耐击穿电压也有辅助作用。按照栅长0.5μm设计，传统的制作方法栅长实际值一般为0.65μm，偏差大于20％；采用该技术后栅长一般小于0.55μm，偏差小于10％；击穿电压也可以从原来的80V提高到100V以上。
附图说明
图1是在盖帽层上生长掩蔽层，光刻、刻蚀掩蔽层形成栅区的截面示意图；
图2是干法刻蚀掉栅区处盖帽层，并氧化去除SiC损伤层后的截面示意图；
图3是热氧化SiC层生成氧化硅层的截面示意图；
图4是氮化氧化硅层生成氮氧化硅层，并对氮氧化硅层湿法再氧化的截面示意图；
图5是在氮氧化硅层上淀积氮化硅层的截面示意图；
图6是光刻栅区、干法刻蚀氮化硅层、湿法刻蚀氮氧化硅层后的截面示意图；
图7是蒸发淀积金属后制备出栅极的截面示意图。
其中，1-SiC衬底，2-缓冲层，3-沟道层，4-盖帽层，5-掩蔽层，6-氧化硅层，7-氮氧化硅层，8-氮化硅层，9-光刻胶，10-栅极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种SiC MESFET栅极制作方法，包括以下步骤：
1)在SiC衬底1上通过同质外延制备出缓冲层2、沟道层3、盖帽层4；
2)在盖帽层4上生长掩蔽层5，光刻、刻蚀掩蔽层5形成栅区；
3)去除掩蔽层5，干法刻蚀掉栅区处盖帽层4；
4)在栅区处沟道层3表面进行氧化，并腐蚀氧化层以去除SiC损伤层；
5)在栅区处沟道层3表面进行热氧化生成氧化硅层6；
6)对氧化硅层6进行氮化处理生成氮氧化硅层7；
7)涂敷光刻胶9，曝光、显影后形成栅区窗口；
8)湿法刻蚀栅区氮氧化硅层7；
9)蒸发淀积金属形成栅极10，并去除光刻胶9；
其特征在于：在上述步骤6)和步骤7)之间增加采用湿法再氧化工艺对氮氧化硅层7进行进一步氮化处理的步骤。
上述湿法再氧化工艺中通入体积含量为5％～20％HNO3水汽，采用的退火温度为900℃～1200℃，优选950℃～1050℃。
在上述湿法再氧化后的氮氧化硅层7上淀积氮化硅层8，并且在上述步骤7)和步骤8)之间增加干法刻蚀栅区氮化硅层8的步骤。
实施例一
本实施例中制作SiC MESFET栅极的具体过程如下：
1)在SiC衬底1上通过同质外延制备出缓冲层2、沟道层3、盖帽层4。此工艺过程为本领域人员所熟知的技术知识，在此不再鳌述。
2)参见图1，在盖帽层4上生长掩蔽层5，因为它只是作为刻蚀SiC的掩蔽层，刻蚀后还需要去除，所以掩蔽层5可以是氧化硅，也可以是氮氧化硅，还可以是氮化硅；本实施例中的掩蔽层5为氮氧化硅，光刻、刻蚀掩蔽层5，深度到达盖帽层4，形成栅区。
3)参见图2，干法刻蚀掉栅区处盖帽层4，刻蚀到沟道层3的深度，去除掩蔽层5；在栅区处沟道层3表面进行氧化，并腐蚀氧化层以去除SiC损伤层。此步骤中通过湿法热氧化使沟道层3表面及近邻的SiC层转变成SiO2，采用的氧化温度为950℃～1250℃，优选1120℃～1200℃，本实施例中选用的氧化温度为950℃之后用HF酸腐蚀液去除这层SiO2，这样可以得到一个完好的SiC表面。
4)参见图3，在沟道层3的SiC表面热氧化1小时形成氧化硅层6，采用的氧化温度为950℃～1250℃，优选1100℃～1180℃，本实施例中选用的氧化温度为950℃并在1150℃干氧气氛下氧化1.5小时。
5)参见图4，将氧化硅层6暴露在高温NH3或NO或NO2下退火2小时，退火温度为900℃～1150℃，优选1000℃～1050℃，本实施例中选用的退火温度为900℃，使氧化硅层6反应生成氮氧化硅层7。
对氮氧化硅层7进行2小时的湿法再氧化。湿法再养化时通入含体积比为5％～20％的HNO3水汽，退火温度为900℃～1200℃，优选950℃～1050℃。此处通过调节参数可以使氧化硅层6部分生成氮氧化硅层7，也可以使全部的氧化硅层6都生成氮氧化硅层7。
本实施例中湿法再氧化时通入的HNO3水汽的体积含量为5％，退火温度选取900℃。
6)参见图5，在氮氧化硅层7上淀积氮化硅层8，厚度为
7)参见图6，涂敷光刻胶9，曝光、显影后形成栅区窗口，使用CF4-O2等离子体干法刻蚀氮化硅层8；然后采用湿法刻蚀氮氧化硅层7，即在30℃的BOE腐蚀液中腐蚀50秒，露出新的SiC表面。
8)参见图7，蒸发镍作为肖特基接触金属，制备出栅极10，最后去除光刻胶9。
实施例二
本实施例中制作SiC MESFET栅极的具体过程如下：
1)在SiC衬底1上通过同质外延制备出缓冲层2、沟道层3、盖帽层4。此工艺过程为本领域人员所熟知的技术知识，在此不再鳌述。
2)参见图1，在盖帽层4上生长掩蔽层5，因为它只是作为刻蚀SiC的掩蔽层，刻蚀后还需要去除，所以掩蔽层5可以是氧化硅，也可以是氮氧化硅，还可以是氮化硅；本实施例中的掩蔽层5为氮化硅，光刻、刻蚀掩蔽层5，深度到达盖帽层4，形成栅区。
3)参见图2，干法刻蚀掉栅区处盖帽层4，刻蚀到沟道层3的深度，去除掩蔽层5；在栅区处沟道层3表面进行氧化，并腐蚀氧化层以去除SiC损伤层。此步骤中通过湿法热氧化使沟道层3表面及近邻的SiC层转变成SiO2，采用的氧化温度为950℃～1250℃，优选1120℃～1200℃，本实施例中选用的退火温度为1250℃；之后用HF酸腐蚀液去除这层SiO2，这样可以得到一个完好的SiC表面。
4)参见图3，在沟道层3的SiC表面热氧化1小时形成氧化硅层6，采用的氧化温度为950℃～1250℃，优选1100℃～1180℃，本实施例中选用的氧化温度为1250℃；并在1150℃干氧气氛下氧化1.5小时。
5)参见图4，将氧化硅层6暴露在高温NH3或NO或NO2下退火2小时，退火温度为900℃～1150℃，优选1000℃～1050℃，本实施例中选用的退火温度为1150℃，使氧化硅层6反应生成氮氧化硅层7。
对氮氧化硅层7进行2小时的湿法再氧化。湿法再养化时通入含体积比为5％～20％的HNO3水汽，退火温度为900℃～1200℃，优选950℃～1050℃。此处通过调节参数可以使氧化硅层6部分生成氮氧化硅层7，也可以使全部的氧化硅层6都生成氮氧化硅层7。
本实施例中湿法再氧化时通入的HNO3水汽的体积含量为20％，退火温度为1200℃。
6)参见图5，在氮氧化硅层7上淀积氮化硅层8，厚度为
7)参见图6，涂敷光刻胶9，曝光、显影后形成栅区窗口，使用CF4-O2等离子体干法刻蚀氮化硅层8；然后采用湿法刻蚀氮氧化硅层7，即在30℃的BOE腐蚀液中腐蚀50秒，露出新的SiC表面。
8)参见图7，蒸发镍作为肖特基接触金属，制备出栅极10，最后去除光刻胶9。
实施例三
本实施例中制作SiC MESFET栅极的具体过程如下：
1)在SiC衬底1上通过同质外延制备出缓冲层2、沟道层3、盖帽层4。此工艺过程为本领域人员所熟知的技术知识，在此不再鳌述。
2)参见图1，在盖帽层4上生长掩蔽层5，因为它只是作为刻蚀SiC的掩蔽层，刻蚀后还需要去除，所以掩蔽层5可以是氧化硅，也可以是氮氧化硅，还可以是氮化硅；本实施例中的掩蔽层5为氮化硅，光刻、刻蚀掩蔽层5，深度到达盖帽层4，形成栅区。
3)参见图2，干法刻蚀掉栅区处盖帽层4，刻蚀到沟道层3的深度，去除掩蔽层5；在栅区处沟道层3表面进行氧化，并腐蚀氧化层以去除SiC损伤层。此步骤中通过湿法热氧化使沟道层3表面及近邻的SiC层转变成SiO2，采用的氧化温度为950℃～1250℃，优选1120℃～1200℃，本实施例中选用的氧化温度为1150℃；之后用HF酸腐蚀液去除这层SiO2，这样可以得到一个完好的SiC表面。
4)参见图3，在沟道层3的SiC表面热氧化1小时形成氧化硅层6，采用的氧化温度为950℃～1250℃，优选1100℃～1180℃，本实施例中选用的氧化温度为1120℃；并在1150℃干氧气氛下氧化1.5小时。
5)参见图4，将氧化硅层6暴露在高温NH3或NO或NO2下退火2小时，退火温度为900℃～1150℃，优选1000℃～1050℃，本实施例中选用的退火温度为1000℃，使氧化硅层6反应生成氮氧化硅层7。
对氮氧化硅层7进行2小时的湿法再氧化。湿法再养化时通入含体积比为5％～20％的HNO3水汽，退火温度为900℃～1200℃，优选950℃～1050℃。此处通过调节参数可以使氧化硅层6部分生成氮氧化硅层7，也可以使全部的氧化硅层6都生成氮氧化硅层7。
本实施例中湿法再氧化时通入的HNO3水汽的体积含量为10％，退火温度为1000℃。
6)参见图5，在氮氧化硅层7上淀积氮化硅层8，厚度为
7)参见图6，涂敷光刻胶9，曝光、显影后形成栅区窗口，使用CF4-O2等离子体干法刻蚀氮化硅层8；然后采用湿法刻蚀氮氧化硅层7，即在30℃的BOE腐蚀液中腐蚀50秒，露出新的SiC表面。
8)参见图7，蒸发镍作为肖特基接触金属，制备出栅极10，最后去除光刻胶9。
完成上述工艺后，测量器件参数，势垒电压为0.65V，理想因子为1.10左右，反向击穿电压大于100V。
Claims (3)
1.一种SiC MESFET栅极制作方法，包括以下步骤：
1)在SiC衬底(1)上通过同质外延制备出缓冲层(2)、沟道层(3)、盖帽层(4)；
2)在盖帽层(4)上生长掩蔽层(5)，光刻、刻蚀掩蔽层(5)形成栅区；
3)干法刻蚀掉栅区处盖帽层(4)，去除掩蔽层(5)；
4)在栅区处沟道层(3)表面进行氧化，并腐蚀氧化层以去除SiC损伤层；
5)在栅区处沟道层(3)表面进行热氧化生成氧化硅层(6)；
6)对氧化硅层(6)进行氮化处理生成氮氧化硅层(7)；
7)涂敷光刻胶(9)，曝光、显影后形成栅区窗口；
8)湿法刻蚀栅区氮氧化硅层(7)；
9)蒸发淀积金属形成栅极(10)；
其特征在于：在上述步骤6)和步骤7)之间增加采用湿法再氧化工艺对氮氧化硅层(7)进行进一步氮化处理的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种SiC MESFET栅极制作方法，其特征在于在上述湿法再氧化工艺中通入体积含量为5％～20％ HNO3水汽，采用的退火温度为900℃～1200℃，优选950℃～1050℃。
3.根据权利要求1所述的一种SiC MESFET栅极制作方法，其特征在于在上述湿法再氧化后的氮氧化硅层(7)上淀积氮化硅层(8)，并且在上述步骤7)和步骤8)之间增加干法刻蚀栅区氮化硅层(8)的步骤。
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