CN102142369A - 一种改善SiC器件性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种改善SiC器件性能的方法。在生长栅介质层之前，先在PEALD反应腔中用氧等离子处理或者用UV灯照射的方法对SiC表面进行钝化处理，可以有效抑制C簇的形成，降低SiC界面态密度，提高SiC器件的性能。采用原子层淀积技术生长高k栅介质，可以精确地控制栅介质层的厚度，得到高保形性高质量的栅介质层，减小栅介质层上所承受的电场强度，提高栅介质层的工作寿命，保证器件工作的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种改善SiC器件性能的方法，尤其涉及一种半导体器件制造工艺中的对SiC衬底表面进行钝化处理的方法。
背景技术
SiC是宽禁带半导体（对于4H-SiC 禁带宽度Eg=3.25eV），与Si相比，它在应用中具有诸多优势。由于具有较宽的带隙，SiC器件的工作温度可高达600℃，而Si器件的最高工作温度局限在175℃，SiC器件的高温工作能力降低了对系统热预算的要求。此外，SiC器件还具有高击穿电场强度（约2-3MV/cm）、较高的热导率、高饱和漂移速率、高热稳定性和化学惰性等优势，使其可以在高温的环境下稳定的工作，并且可以应用在大功率的器件上。所以，对于SiC器件的工艺的研究成为半导体器件研究领域中的热点。
氧化层的质量和界面特性是影响SiC器件电学性质的重要因素。按照通常工艺步骤制造出来的SiC器件，其SiC/SiO2界面态密度高达1014cm-2eV-2量级，这种高密度的界面态使载流子的有效迁移率下降，将导致器件性能的严重恶化。同时，SiC器件通常工作在高压、高功率条件下，而SiO2的介电常数较低，根据高斯定理 
可知，SiO2 承受的电场强度远远大于SiC上的电场强度,从而使SiO2的寿命大大降低。目前，如何通过工艺改进来降低SiC的界面态密度和提高栅介质层的质量一直是比较活跃的话题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种可以降低SiC的界面态密度和提高栅介质层质量，从而提高SiC器件的性能的方法。
本发明提出的提高SiC器件的性能的方法，是通过SiC衬底表面的进行钝化处理实现的，具体步骤包括：
提供一个SiC衬底；
用RCA清洗工艺清洗SiC衬底；
用稀释的HF酸浸泡SiC衬底以去除SiC表面的氧化层；
用N2将SiC衬底吹干；
将SiC衬底放入PEALD反应腔中利用氧（O）等离子体对SiC衬底进行表面钝化处理，或者用UV灯直接照射SiC衬底表面对其进行钝化处理。
进一步地，所述HF酸的摩尔浓度为0.49%-2%，浸泡时间为1-5分钟。利用氧等离子体对SiC衬底进行表面钝化处理时，PEALD反应腔中的压强为10mTorr，引入的射频频率为13.6MHZ、功率为100W,处理时间为30-90秒。利用UV灯照射时的条件为：谱峰定位在253.7、184.9和282.1纳米,其光强比为10:2:1,照射时间为1-3小时。
在生长栅介质层之前，先在PEALD反应腔中用氧等离子处理或者用UV灯照射的方法对SiC表面进行钝化处理，可以有效抑制C簇的形成，降低SiC界面态密度，提高SiC器件的性能。
更进一步地，原子层淀积是自限制生长的，采用原子层淀积技术生长栅介质，可以精确地控制栅介质层的厚度，得到高保形性高质量的栅介质层。同时，采用高k介质作为栅介质材料，可以减小栅介质层上所承受的电场强度，提高栅介质层的工作寿命，保证器件工作的稳定性。
附图说明
图1至图8为本发明提供的NMOSFET为实施例的SiC器件的制备工艺流程图。
图9至图11为本发明提供的MOS电容为实施例的SiC器件的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。例如刻蚀得到的曲线通常具有弯曲或圆润的特点，但在本发明实施例中，均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为是限制本发明的范围。同时在下面的描述中，所使用的术语衬底可以理解为包括正在工艺加工中的半导体衬底，可能包括在其上所制备的其它薄膜层。
实施例1：NMOSFET结构的SiC器件的制备
首先，提供一个P型的SiC衬底101，一般为在重掺杂的N型衬底（净掺杂浓度为1╳1018cm-3）上外延一层P型的SiC（掺杂浓度为5╳1015cm-3）。然后用传统的RCA清洗工艺清洗SiC衬底，再在浓度为2%的HF中浸泡3分钟以去除SiC表面的氧化层，然后用N2将SiC衬底吹干。接着利用LOCOS的方法进行场区隔离，具体工艺为：先生长缓冲氧化层并利用LPCVD工艺淀积Si3N4，然后光刻形成场区102，如图1所示。
接下来，对SiC衬底101进行表面钝化处理，具体工艺为：将SiC衬底101放入PEALD反应腔中，并利用氧等离子体（O Plasma）对SiC衬底101进行处理，其中PEALD反应腔中的压强为10mTorr，引入的射频频率为13.6MHZ、功率为100W,处理时间为60秒，如图2所示。
接下来，采用原子层淀积（ALD）方法生长高 k栅介质层103，如图3所示。高k栅介质比如为Al2O3或者HfO2，反应温度分别为200℃和300℃，速率分别为0.1nm/cycle和0.09nm/cycle。
接下来，利用物理气相沉积（PVD）方法生长一层80-100纳米厚的金属层104，金属比如为Pt、TiN或者W，如图4所示。接着淀积一层光刻胶105，然后光刻形成栅极图形，并刻蚀金属层104形成栅电极，如图5所示。
接下来，进行P型离子注入形成源区106和漏区107，并在1650℃的温度下退火5分钟以激活杂质，如图6所示。
接下来，去除光刻胶105，并淀积一层二氧化硅，然后利用各向异性刻蚀的方法刻蚀二氧化硅层形成侧墙108，并刻蚀栅介质层103露出源、漏区，如图7所示。
最后，利用PVD工艺溅射一层金属Ni，并在900℃的温度下快速热退火1分钟，之后进行选择性刻蚀金属Ni，形成源接触109和漏接触110，如图8所示。
实施例2：MOS电容结构的SiC器件的制备
首先，提供一个SiC衬底201，并利用传统的RCA清洗工艺清洗SiC衬底，之后在浓度为2%的HF中浸泡3分钟以去除SiC表面的氧化层，然后用N2吹干。接着对SiC表面进行钝化处理，具体工艺为：将SiC衬底201放在UV灯下进行照射，谱峰定位在253.7、184.9和282.1纳米,其光强比为10:2:1,照射时间为2小时，如图9所示。
接下来，采用ALD方法生长高 k栅介质层202，如图10所示。高k栅介质比如为Al2O3或者HfO2，反应温度分别为200℃和300℃，速率分别为0.1nm/cycle和0.09nm/cycle。
最后，在高k栅介质层202上利用lift-off或者hard mask的方法物理气相淀积金属电极203，如图11所示，金属电极203比如为Pt、TiN、Pd等金属。
如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实例。
Claims (6)
1.一种SiC衬底表面的钝化方法，包括：
提供一个SiC衬底；
用RCA清洗工艺清洗SiC衬底；
用稀释的HF酸浸泡SiC衬底以去除SiC表面的氧化层；
将SiC衬底放入PEALD反应腔中；
利用氧等离子体对SiC衬底进行表面钝化处理。
2.根据权利要求1所述的SiC衬底表面的钝化方法，其特征在于，所述HF酸的摩尔浓度为0.49%-2%，浸泡时间为1-5分钟。
3.根据权利要求1所述的SiC衬底表面的钝化方法，其特征在于，利用氧等离子体对SiC衬底进行表面钝化处理时，PEALD反应腔中的压强为10mTorr，引入的射频频率为13.6MHZ、功率为100W,处理时间为30-90秒。
4.一种SiC衬底表面的钝化方法，包括：
提供一个SiC衬底；
用RCA清洗工艺清洗SiC衬底；
用稀释的HF酸浸泡SiC衬底以去除SiC表面的氧化层；
用UV灯照射SiC衬底表面对其进行钝化处理。
5.根据权利要求4所述的SiC衬底表面的钝化方法，其特征在于，所述HF酸的浓度为0.49%-2%，浸泡时间为1-5分钟。
6.根据权利要求4所述的SiC衬底表面的钝化方法，其特征在于，所述的UV灯照射的条件为：谱峰定位在253.7、184.9和282.1纳米,其光强比为10:2:1,照射时间为1-3小时。
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