CN105206513A - 用氮和硼改善4H-SiC MOSFET反型层迁移率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用氮和硼改善4H-SiC？MOSFET反型层迁移率的方法，属于微电子技术领域。步骤如下：A、采用离子注入工艺将五价元素氮植入到4H-SiC外延层表面；B、采用湿氧氧化工艺形成栅氧化层；C、采用扩散工艺将三价元素硼植入到外延层与氧化层的界面；扩散工艺的扩散温度为950℃，时间为1.5-2.5小时，确保硼掺杂剂在热动力的驱使下能穿透栅氧化层到达4H-SiC/SiO2界面；硼扩散工艺后，在惰性气体的保护下退火。该方法能大大减小4H-SiC/SiO2的界面态密度、提高4H-SiC？MOSFET的反型层迁移率，同时稳定4H-SiC？MOSFET的阈值电压。

Description

用氮和硼改善4H-SiC MOSFET反型层迁移率的方法
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件，涉及减小4H-SiC/SiO2界面态密度、提高4H-SiCMOSFET反型层迁移率、稳定4H-SiCMOSFET阈值电压的方法。特别地，本发明是采用引入五价元素和三价元素的方法来改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率，具体的是用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法。
背景技术
长期以来，硅(Si)材料一直在半导体领域占据着主导地位，并应用于高温、高频电路当中。但随着技术的进步和应用领域的扩展，在一些要求苛刻的领域如航空航天、军工、石油勘探、核工业和通讯等，由于其超大功率、高温高频以及强辐射的环境条件，传统的硅(Si)和砷化镓(GaAs)半导体材料出于自身结构和特性等原因，越来越显得“力不从心”。
相比于传统的半导体材料，4H碳化硅(4H-SiC)具有以下几个优势：(1)化学性质稳定，可以通过热氧化生成优质的绝缘层；(2)电子饱和速度高，使得SiC器件的导通损耗相当低；(3)热导率是Si的3倍，临界击穿电场是Si的10倍，不仅提高了器件的散热特性，而且使得SiC器件的耐压容量、工作频率和电流密度都得到了较大提高。更为重要的是，在第三代宽禁带半导体材料中，SiC是唯一能通过热氧化生长SiO2绝缘层的半导体材料，且形成的SiO2质量和在Si上形成的SiO2无任何差别，质地紧密且缺陷少，因而能和当今主流的Si工艺线相兼容。这些特性使4H-SiC材料用于制造诸如MOSFET那样的功率器件来说是Si的理想替代物，4H-SiCn沟道增强型MOSFET对于应用在高压、高频、高温环境下是非常适合的。
目前，困扰4H-SiCMOSFET发展的一个突出问题是器件的反型层迁移率很低、导通电阻很高，未经任何钝化处理的4H-SiCMOSFET的迁移率低于10cm2/Vs，不到4H-SiC体迁移率的1％。目前绝大多数观点认为这是由于在SiC/SiO2界面存在很高的缺陷密度造成的，在器件工作过程中，缺陷捕获了大量的自由载流子，降低了器件的电流密度，并且，这些被捕获的载流子作为库仑散射中心，进一步阻碍沟道载流子的运动，降低了器件的反型层迁移率。因而在4H-SiCMOSFET的研究过程中，大量的努力和不同的实验方法被开发用来降低SiC/SiO2界面态密度，以期取得好的器件特性。
在由SaritDhar等人于2010年在IEEETransactionsonElectronDevices上第57卷发表的《AStudyonPre-OxidationNitrogenImplantationfortheImprovementofChannelMobilityin4H-SiCMOSFETs》文章中，公开了通过在P型4H-SiC衬底上采用氮离子注入减小SiC/SiO2界面态密度、提高4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，并且指出随着SiC/SiO2界面氮浓度的增加，界面态密度减小，反型层迁移率增加，其不足之处在于，器件的阈值电压不断减小、甚至出现负值的现象，这无法在实际应用中使用，不具备实际使用价值，所以本领域的技术人员根本不会使用该技术生产器件。
在由DaiOkamoto等人于2014年在IEEETransactionsonElectronDevices上第35卷发表的《ImprovedChannelMobilityin4H-SiCMOSFETsbyBoronPassivation》(用硼钝化提高4H-SiCMOSFET反型层迁移率)文章中，公开了先使用干氧氧化技术生成氧化层，然后在P型衬底上通过硼钝化工艺减小SiC/SiO2界面态密度、提高4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其不足之处在于，1)先使用干氧氧化技术形成的氧化层质地致密，这会阻碍硼钝化工艺中硼扩散，延长硼扩散的时间；2)硼钝化的过程中也在形成氧化层，相当于干氧氧化，进一步地阻碍硼扩散到4H-SiC/SiO2界面，这会延长硼扩散的时间、影响4H-SiC/SiO2界面处的硼浓度，从而延长整个4H-SiCMOSFET的制作时间，导致器件生产效率低。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中4H-SiCMOSFET器件的反型层迁移率低的问题，提出用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法。该方法不但能够大幅提高4H-SiCMOSFET反型层的迁移率，而且能够使器件的阈值电压也稳定在合适的范围之内。
2.技术方案
用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其步骤如下：
A、采用离子注入工艺在4H-SiC晶片上形成4H-SiCMOSFET的漏极和源极的接触区域；
B、采用离子注入工艺将五价元素氮植入到4H-SiC外延层表面；
C、利用1500℃高温的方式对注入的氮进行激活；
D、采用湿氧氧化工艺形成氧化层；
E、采用扩散工艺将三价元素硼植入到外延层与氧化层的界面；
F、在4H-SiC晶片上镀上金属层，并采用剥离工艺形成金属电极，随后用快速退火的方法形成性能良好的欧姆接触。
优选地，所述的离子注入工艺是在4H-SiC外延层表面进行的室温下多能量的离子注入。
优选地，步骤C是在惰性气体的保护下进行1500℃高温退火，以此来激活注入的氮离子。
优选地，高温激活后的氮离子在4H-SiC外延层中的形状呈高斯分布，峰值浓度范围为2×1019-1×1020cm-3，深度范围为10-20nm。
优选地，步骤E中扩散工艺的扩散温度为950℃，时间为1.5-2.5小时，确保硼掺杂剂在热动力的驱使下能穿透氧化层到达4H-SiC/SiO2界面。
优选地，湿氧氧化的温度范围为930-970℃，氧化时间范围为1.5-2小时，生长的氧化层的厚度范围为38-45nm。
优选地，硼掺杂剂由氮化硼和三氧化二硼按照4:1的重量比例组成，经扩散后的硼原子在4H-SiC/SiO2界面的峰值浓度范围为2×1020-6×1020cm-3，在4H-SiC外延层中的深度范围为10-20nm。
优选地，硼扩散工艺后，在惰性气体的保护下退火。
优选地，惰性气体为氩气。
3.有益效果
相比现有技术，本发明具有如下优点：
1)将氮离子植入到4H-SiC/SiO2的界面，植入的氮，一方面，能钝化4H-SiC外延层表面的悬挂键、减小界面态密度；另一方面，对于n沟道4H-SiCMOSFET的P型外延层而言，注入的氮是反掺杂，能使器件工作时形成的反型层远离SiC/SiO2界面，降低由于SiC/SiO2粗糙界面对迁移率的影响，提高反型层的迁移率；
2)起反掺杂作用的氮，会减小n沟道增强型4H-SiCMOSFET的阈值电压，这不利于器件的应用，引入的三价元素硼，能抵消由于引入的五价元素氮对4H-SiCMOSFET阈值电压的影响，器件的阈值电压会稳定在合适的范围之内，因而器件能正常工作；
3)硼扩散，一方面提高了反型层的迁移率，减小界面态密度；另一方面硼扩散工艺中的高温，相当于对湿氧氧化层进行退火处理，能部分消除湿氧条件下引入的各种电荷，并会使原来松散的氧化层变得致密、牢固，能够进一步弥补湿氧氧化工艺中氧化层质地不够致密的缺陷；
4)硼扩散工艺后，在惰性气体的保护下退火，进一步减少湿氧氧化在氧化层中引入的各种电荷，提升器件的性能，而且氧化层变得更加致密牢固，氧化层厚度继续增加到70nm左右，以满足制造4H-SiCMOSFET的工艺标准；
5)如果本发明中氧化层的生长由干氧氧化来替代湿氧氧化，由于干氧氧化的温度一般在1200℃以上，这会导致已经注入到外延层表面的氮挥发掉，正是由于湿氧工艺生长速度快，能够很快在4H-SiC外延层的表面形成一层氧化层，阻止了氮的挥发逃逸，因而与干氧氧化工艺相比，外延层中的氮基本无挥发；
6)本发明采用先离子注入后硼扩散工艺，并采用湿氧氧化工艺生长氧化层，这样既能提高反型层迁移率，又能稳定阈值电压；同时，采用湿氧工艺能缩短工艺周期、降低生产成本，而随后的高温硼扩散和退火能消除湿氧工艺所带来的负面影响；
7)干氧氧化工艺生长所需要厚度的氧化层大概耗时3小时左右，所需要的温度在1200℃以上，这会降低器件的生产效率，并增加生产成本；与干氧氧化工艺相比，湿氧氧化工艺生长的氧化层质地尽管不够致密，但有利于后续硼钝化工艺中的硼扩散，减少硼扩散的时间，生成同样厚度的氧化层所需的时间不到2小时，并且温度在950℃左右即可，效率明显提高，缩短器件的工艺制作时间，同时生产成本也得到降低。
附图说明
图1为本发明的DiMOS结构的4H-SiCMOSFET示意图；
图2为本发明的PlanarMOS结构的4H-SiCMOSFET示意图。
图中标号名称：
11、氧化层；12、外延层；13、4H-SiC衬底；21、N+源接触区域；22、P+体接触区域；23、P阱；24、漏接触区域；31、源极电极；32、栅极电极；33、漏极电极。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其步骤如下：
A、采用离子注入工艺在4H-SiC晶片上形成4H-SiCMOSFET的漏极和源极的接触区域，即图2中的漏接触区域24和图1中的N+源接触区域21；
B、采用离子注入工艺将五价元素氮植入到4H-SiC外延层12表面；之所以不选择同样为五价元素的磷，因为在后续的氧化工艺过程中，磷会进入到SiO2中，变成磷硅玻璃(PSG)，这是一种极性材料，增加了器件的栅极泄漏电流，并导致器件的阈值电压出现不稳定现象，所以采用五价元素氮；离子注入工艺是在4H-SiC外延层12表面进行的室温下多能量注入。
C、惰性气体选择为高温下化学性质更为稳定的氩气，在惰性气体的保护下，采用1500℃高温的方式对注入的氮进行激活；高温激活后的氮离子在4H-SiC外延层12中的分布，经过二次离子质谱仪(SIMS)测量，形状呈高斯分布，峰值浓度范围为2×1019-1×1020cm-3，深度范围为10-20nm；
离子注入氮，一方面，能钝化4H-SiC外延层12与氧化层11界面的悬挂键、减小界面态密度；另一方面，对于n沟道4H-SiCMOSFET的P型外延层是反掺杂，能使器件工作时形成的反型层远离SiC/SiO2界面，降低由于SiC/SiO2粗糙界面对迁移率的影响，提高反型层的迁移率。但起反掺杂作用的氮，会减小n沟道增强型4H-SiCMOSFET的阈值电压，这不利于器件的应用。
D、采用湿氧氧化工艺形成氧化层11；湿氧氧化的温度范围为930-970℃，氧化时间范围为1.5-2小时，生长的氧化层11的厚度经过椭偏仪测量，其范围为38-45nm；
湿氧氧化生长氧化层11的速度快，在外延层12表面快速形成的氧化层11相当于在外延层12表面覆盖一层保护层，能有效阻止已经注入到外延层12里面的氮在高温的氧化条件下挥发掉；与干氧氧化工艺相比，湿氧氧化生长的氧化层11的质地不够致密，但有利于后续硼钝化工艺中的硼扩散，减少硼扩散的时间，缩短器件的工艺制作时间，提高器件的生产效率。
E、采用扩散工艺将三价元素硼植入到外延层12与氧化层11的界面，目前的研究表面，硼能改变4H-SiC/SiO2界面处SiO2的粘结性，降低界面态密度；
硼掺杂剂由氮化硼(BN)和三氧化二硼(B2O3)按照4:1的重量比例组成，BN是用于加快硼的扩散，经扩散后的硼原子在4H-SiC/SiO2界面的峰值浓度范围为2×1020-6×1020cm-3，在4H-SiC外延层12中的深度范围为10-20nm。
扩散工艺的扩散温度为950℃，时间为1.5-2.5小时，确保硼掺杂剂在热动力的驱使下能穿透氧化层11到达4H-SiC/SiO2界面。
B2O3与4H-SiC衬底中的Si发生反应，生成硼和SiO2，改变外延层12表面的物质形貌。硼扩散后，一方面提高了反型层的迁移率，减小界面态密度，引入的三价元素硼对于注入的氮而言是反掺杂，能抵消由于引入的五价元素氮对4H-SiCMOSFET阈值电压的影响，器件的阈值电压也稳定在合适的范围之内，因而器件能正常工作；另一方面硼扩散工艺的高温，相当于对湿氧氧化生长的氧化层11退火作用，能部分消除湿氧条件下引入的各种电荷，并会使原来松散的氧化层11变得致密、牢固，能够进一步弥补湿氧氧化工艺中氧化层11质地不够致密的缺陷。
硼扩散工艺后，在惰性气体氩气的保护下退火，能够消除湿氧工艺所带来的不利影响，使氧化层11变得更加致密牢固，氧化层11厚度继续增加到70nm左右，以满足制造4H-SiCMOSFET的工艺标准。
根据《ImprovedChannelMobilityin4H-SiCMOSFETsbyBoronPassivation》(用硼钝化提高4H-SiCMOSFET反型层迁移率)文献的实验结果，采用干氧氧化工艺生长氧化层11后引入硼扩散工艺，能减小界面态密度，由于干氧氧化工艺的温度高，这会让注入的氮逃逸掉，降低外延层12中已注入的氮浓度，从而使最终的效果变差，且干氧氧化工艺条件复杂，氧化层11生长速度慢，在文献《ImprovedChannelMobilityin4H-SiCMOSFETsbyBoronPassivation》(用硼钝化提高4H-SiCMOSFET反型层迁移率)的实验步骤(EXPERIMENTALPROCEDURE)的第二句话中公开，干氧氧化工艺生长47nm的氧化层需要花费170min(AfterstandardRCAcleaning,oxidesofapproximately47nmthickwereformedbydryoxidationat1200℃for170min.)，这会降低器件的生产效率。而半导体氧化工艺中的另一种氧化技术，湿氧氧化，氧化层11的生长速度快，成本低，缺点是氧化层11中电荷较多，影响器件的阈值电压，质地也不够致密。实际生产中为了提高生产效率，一般是先用干氧氧化工艺生长一层致密的氧化层11后再接着采用湿氧工艺快速生长氧化层11，达到工艺所要求的氧化层11的厚度，后续再用退火的方式消除湿氧氧化的不利影响；单纯的湿氧氧化技术而不加任何退火措施在实际生产中是不采用的，鉴于湿氧氧化工艺中氧化层11生长速度快的原因，仅在研究时使用；如果采用湿氧氧化代替干氧氧化，并和本发明其它步骤相结合，利用湿氧氧化速度快的特点，在4H-SiC外延层12表面快速形成一层覆盖层，阻止已经注入到外延层的氮的挥发逃逸，则最大限度发挥氮的钝化作用。与干氧氧化工艺相比，生长同样厚度的氧化层11需要花费的时间缩短、所需的温度也降低，生产效率提高的同时，生产成本也得到降低；已注入的氮基本无挥发，而硼钝化工艺相当于退火，能够部分消除湿氧氧化工艺带来的缺陷，最后的退火工艺，进一步完全消除湿氧氧化工艺带来的缺陷。
F、利用磁控溅射或者蒸发工艺在4H-SiC晶片上镀上金属层，并采用剥离工艺形成金属电极，即图1和图2中的源极电极31、栅极电极32和漏极电极33，随后用快速退火的方法形成性能良好的欧姆接触。
本发明采用先氮离子注入后硼扩散工艺，并采用湿氧氧化工艺生长氧化层11，这样既能提高反型层迁移率，又能稳定阈值电压；同时，采用湿氧工艺能缩短工艺周期、降低生产成本，而高温硼扩散和退火能消除湿氧工艺所带来的不利影响。
实施例2
用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其步骤如下：
1)选择4H-SiC外延层12；
2)在4H-SiC外延层12上采用离子注入工艺注入氮离子；
a、采用三次室温下的离子注入工艺，注入氮离子剂量的范围为1×1010～1×1014cm-2；
b、离子注入后，在氩气保护、外延层12表面覆盖碳膜的真空条件下退火，退火温度为1500℃、时间30分钟左右，充分保证注入的氮离子激活并且没有挥发逃逸；确保经过高温激活后，氮在外延层12中的分布呈高斯形状，峰值浓度为1×1020cm-3；注入能量为10keV到50keV之间，经SIMS测得氮在外延层12中的深度为20nm。
3)氧化层11的生长；
将高温退火后的4H-SiC晶片，转移到氧化炉中。氧化层11的生长有干氧和湿氧两种工艺，生长厚度为45nm的氧化层11，若使用干氧氧化工艺的温度为1200℃，耗时3小时左右，湿氧氧化工艺的温度为950℃，耗时2小时；因而湿氧工艺生长速度快，成本低，但是氧化层11中电荷较多，影响器件的阈值电压，质地也不够致密；干氧工艺生长速度慢，成本高，生长的氧化层11质地致密，缺陷少。特别地，本发明选用湿氧氧化工艺，能让硼扩散源在热动力的驱使下穿透质地松散的氧化层11，到达4H-SiC/SiO2界面。如果采用干氧工艺，由于生长的氧化层质地致密，硼扩散源不易到达4H-SiC/SiO2界面，无法达到本发明的目的。
4)硼扩散工艺；
由前述工艺制备到的n沟道增强型4H-SiCMOSFET器件，迁移率一般能达到120cm2/Vs，比常规的钝化工艺高出3倍左右；然而，器件的另外一个重要参数-阈值电压，是随着氮浓度的增加而减小，并且会出现负值，这不利于器件的应用。
采用由氮化硼(BN)和三氧化二硼(B2O3)按照4:1的重量比例配制成硼扩散源，在常规的管式扩散炉中，扩散温度设定为950℃，时间1.5小时，硼扩散源受热动力的驱使，能穿过湿氧氧化生长的质地松散、厚度不超过45nm的氧化层11；质地致密、过厚的氧化层11，不利于硼扩散源到达SiC/SiO2界面，而如果湿氧氧化形成的氧化层11过薄，则增加了后续继续形成氧化层11的时间，从而增加器件的生产成本。
同时，950℃的扩散工艺，相当于同时对湿氧工艺生长的氧化层11退火，能部分消除湿氧条件下引入的各种电荷，并会使原来松散的氧化层11变得致密、牢固，经扩散后的硼原子在4H-SiC/SiO2界面的峰值浓度为6×1020cm-3，在4H-SiC外延层12中的深度为20nm。而且氧化层11厚度继续增加到70nm左右，正好满足制造4H-SiCMOSFET的工艺标准。
5)退火；
将硼扩散后的4H-SiC晶片转移到退火炉中，退火温度为900℃、时间10分钟，氩气保护，这步工艺是为了最大限度消除湿氧工艺所带来的不利影响。
在文献《ImprovedChannelMobilityin4H-SiCMOSFETsbyBoronPassivation》(用硼钝化提高4H-SiCMOSFET反型层迁移率)使用干氧氧化工艺，氧化温度为1200℃，生长47nm的氧化层，耗时170分钟，随后进行的硼扩散工艺与本实施例的硼扩散工艺参数相同，最后测得的4H-SiCMOSFET的反型层迁移率为102cm2/Vs，器件的阈值电压为1.3V，下文描述中，均用对比文献表示此文献。而本实施例，采用氮离子注入、湿氧氧化、硼扩散等工艺，制备到的4H-SiCMOSFET的迁移率能达到200cm2/Vs；由于本发明采用湿氧氧化生长的氧化层11质地松软，有更多的硼扩散源到达4H-SiC/SiO2界面并进入到外延层12表面中，能补偿更多注入的氮，减弱氮的反掺杂作用，因而本发明的器件的阈值电压也比对比文献的高，达到1.9V左右，更适合器件的实际应用。
实施例3
结合图1，本实施例的高反型层迁移率4H-SiCMOSFET的制造方法，其步骤如下：
1)选择衬底；
选用氮掺杂的N型4H-SiC的衬底13，掺杂浓度为1.6×1018cm-3，这有利于降低半导体-金属之间的势垒，形成良好的欧姆接触电极-漏极，厚度为300μm，上面是厚度为10μm的N型的外延层12，掺杂浓度为1.3×1016cm-3，这个浓度一方面是有利于降低器件的导通电阻，并和后续的注入铝形成P阱浓度相配合，设置合适的器件的阈值电压。
2)利用自对准掩膜工艺，在外延层12上采用高能铝离子注入，形成两个深P阱23，形成P型半导体，注入能量为380keV，剂量为2.4×1014cm-2。随后在氩气的保护下进行1600℃、30分钟退火，激活注入的铝离子。
3)铝离子注入形成两个P+体接触区域22，注入顺序的能量和剂量见表1，注入后4H-SiC衬底在氩气的保护下进行1550℃、30分钟退火，激活注入的铝离子，形成隔离环。
表1铝离子注入顺序的能量和剂量
注入顺序 能量(keV) 剂量(cm-2)
1 25 1.23×l016
2 40 1.53×l016
3 70 2.82×l016
4 100 2.37×l016
4)氮离子注入形成两个N+源接触区域21，注入顺序的能量和剂量见表2，注入后在氩气的保护下进行1200℃、30分钟退火，激活注入的氮离子。
表2氮离子注入顺序的能量和剂量
注入顺序 能量(keV) 剂量(cm-2)
1 12 8.24×l015
2 23 1.26×l016
3 45 2.46×l016
5)起钝化和反掺杂作用的氮离子注入
利用自对准工艺在外延层12表面的沟道区域进行常温下的氮离子注入，注入顺序的能量和剂量见表3，注入后在氩气的保护下进行1500℃、30分钟退火，激活注入的氮离子；高温激活后的氮离子在4H-SiC外延层12中的分布，经过二次离子质谱仪(SIMS)测量，形状呈高斯分布，峰值浓度为2×1019cm-3，深度为10nm。
表3氮离子注入顺序的能量和剂量
注入顺序 能量(keV) 剂量(cm-2)
1 8 8.35×l010
2 12 3.12×l012
3 24 1.09×l014
6)湿氧氧化形成氧化层11，氧化炉中心温度设定为970℃，加湿用的水温设定为96℃，氧化时间1.5小时，生长的氧化层11的厚度经SIMS测量为40nm。
7)采用扩散工艺将三价元素硼植入到外延层12与氧化层11的界面；在管式炉中扩散，设定扩散温度为950℃，耗时2.5小时；经扩散后的硼原子在4H-SiC/SiO2界面的峰值浓度为2×1020cm-3，在4H-SiC外延层12中的深度为10nm。
8)在衬底13背部蒸发100nm厚的镍作为漏极电极33，在顶部利用金属蒸发的工艺镀上60nm的镍作，并采用剥离工艺形成源极电极31和栅极电极32。
9)在退火炉中并在氩气保护条件下进行900℃、5分钟快速退火形成上述三个电极的半导体-金属之间的欧姆接触，以便不产生明显的附加阻抗，有利于降低器件的。
对比文献使用干氧氧化工艺和硼钝化工艺，制备到的4H-SiCMOSFET的反型层迁移率为102cm2/Vs，器件的阈值电压为1.3V。本实施例，采用氮离子注入、湿氧氧化、硼扩散等工艺，制备到的4H-SiCMOSFET的迁移率达到了205cm2/Vs，阈值电压为1.7V。本实施例在降低生产成本、提高生产效率的同时，器件的关键参数得到进一步提高，因此，本发明的方法更适合器件的实际应用。
实施例4
结合图2，本实施例的高反型层迁移率4H-SiCMOSFET的制造方法，其步骤如下：
1)选择衬底；
选择外延层12厚度为5μm、硼掺杂浓度为7×1015cm-3的P型外延片作为制备n沟道增强型4H-SiCMOSFET的衬底材料。
2)氮离子注入形成漏源接触区域；
在700℃条件下注入氮形成源接触区域21和漏接触区域24，注入顺序的能量和剂量见表4，注入后在氩气的保护下进行1200℃、30分钟退火，激活注入的氮离子。
表4氮离子注入顺序的能量和剂量
注入顺序 能量(keV) 剂量(cm-2)
1 16 9.53×l015
2 21 1.58×l016
3 43 3.34×l016
3)起钝化和反掺杂作用的氮离子注入；
利用自对准工艺在衬底表面的沟道区域进行常温下的氮离子注入，注入顺序的能量和剂量见表5，注入后在氩气的保护下进行1500℃、30分钟退火，激活注入的氮离子，高温激活后的氮离子在4H-SiC外延层12中的分布，经过二次离子质谱仪(SIMS)测量，形状呈高斯分布，峰值浓度为8×1019cm-3，深度为17nm。
表5氮离子注入顺序的能量和剂量
注入顺序 能量(keV) 剂量(cm-2)
1 8 8.35×l010
2 12 3.12×l012
3 24 1.09×l014
4)在衬底上进行湿氧氧化工艺；
氧化温度为930℃，氧化时间1小时40分钟，生长的SiO2氧化层11厚度为38nm。
5)硼扩散；
在氧化层11上涂上由氮化硼(BN)和三氧化二硼(B2O3)配成的硼扩散源，烘干后放入敞开式扩散炉中，扩散温度设定为950℃，扩散时间为2小时；经扩散后的硼原子在4H-SiC/SiO2界面的峰值浓度为5×1020cm-3，在4H-SiC外延层12中的深度为18nm。
6)在源极接触区域21和漏极接触区域24溅射镍，分别形成源极电极31和漏极电极33，沉积高纯钼作为栅极电极32。
7)在退火炉中氩气保护下950℃、5分钟的快速退火形成欧姆接触。
对比文献中使用干氧氧化工艺和硼钝化工艺，制备到的4H-SiCMOSFET的反型层迁移率为102cm2/Vs，器件的阈值电压为1.3V。本实施例，采用氮离子注入、湿氧氧化、硼扩散等工艺，制备到的4H-SiCMOSFET的迁移率达到了198cm2/Vs，阈值电压为1.8V。本实施例在降低生产成本、提高生产效率的同时，器件的关键参数得到进一步提高，因此，本发明的方法更适合器件的实际应用。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims (9)

1.用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其步骤如下：
A、采用离子注入工艺在4H-SiC晶片上形成4H-SiCMOSFET的漏极和源极的接触区域；
B、采用离子注入工艺将五价元素氮植入到4H-SiC外延层(12)表面；
C、利用1500℃高温的方式对注入的氮进行激活；
D、采用湿氧氧化工艺形成氧化层(11)；
E、采用扩散工艺将三价元素硼植入到外延层(12)与氧化层(11)的界面；
F、在4H-SiC晶片上镀上金属层，并采用剥离工艺形成金属电极，随后用快速退火的方法形成性能良好的欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其特征在于，所述的离子注入工艺是在4H-SiC外延层(12)表面进行的室温下多能量的离子注入。
3.根据权利要求1所述的用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其特征在于，步骤C是在惰性气体的保护下进行1500℃高温退火，以此来激活注入的氮离子。
4.根据权利要求3所述的用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其特征在于，高温激活后的氮离子在4H-SiC外延层(12)中的形状呈高斯分布，峰值浓度范围为2×1019-1×1020cm-3，深度范围为10-20nm。
5.根据权利要求1所述的用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其特征在于，步骤E中扩散工艺的扩散温度为950℃，时间为1.5-2.5小时，确保硼掺杂剂在热动力的驱使下能穿透氧化层(11)到达4H-SiC/SiO2界面。
6.根据权利要求1所述的用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其特征在于，湿氧氧化的温度范围为930-970℃，氧化时间范围为1.5-2小时，生长的氧化层(11)的厚度范围为38-45nm。
7.根据权利要求5所述的用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其特征在于，硼掺杂剂由氮化硼和三氧化二硼按照4:1的重量比例组成，经扩散后的硼原子在4H-SiC/SiO2界面的峰值浓度范围为2×1020-6×1020cm-3，在4H-SiC外延层(12)中的深度范围为10-20nm。
8.根据权利要求5所述的用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其特征在于，硼扩散工艺后，在惰性气体的保护下退火。
9.根据权利要求3或8所述的用氮和硼改善4H-SiCMOSFET反型层迁移率的方法，其特征在于，惰性气体为氩气。
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