CN105448742B - 一种碳化硅材料上制备栅介质的方法 - Google Patents
一种碳化硅材料上制备栅介质的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105448742B CN105448742B CN201511029195.3A CN201511029195A CN105448742B CN 105448742 B CN105448742 B CN 105448742B CN 201511029195 A CN201511029195 A CN 201511029195A CN 105448742 B CN105448742 B CN 105448742B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- environment
- atomic layer
- layer deposition
- method described
- silicon carbide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 8
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 5
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 13
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 abstract 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical group [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011177 media preparation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66568—Lateral single gate silicon transistors
- H01L29/66575—Lateral single gate silicon transistors where the source and drain or source and drain extensions are self-aligned to the sides of the gate
- H01L29/6659—Lateral single gate silicon transistors where the source and drain or source and drain extensions are self-aligned to the sides of the gate with both lightly doped source and drain extensions and source and drain self-aligned to the sides of the gate, e.g. lightly doped drain [LDD] MOSFET, double diffused drain [DDD] MOSFET
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
本发明公布了一种在碳化硅上制备栅介质材料的方法，该方法包括：在碳化硅表面通过在N2O环境中退火的方式生长1纳米厚氧化硅；采用原子层沉积的方法制备三氧化二铝介质薄膜1纳米，前躯体采用三甲基铝和水，再采用原子层沉积的方法制备三氧化二铝介质薄膜1纳米，前躯体采用三甲基铝和臭氧，再采用氮气等离子体处理表面；按照步骤(2)循环5次；最后采用N2O环境下退化。
Description
发明领域
本发明涉及半导体器件的制造，尤其是碳化硅上栅介质的制备技术。
发明背景
近年来，碳化硅MOSFET器件技术不断发展，采用氧化硅作为栅介质钝化碳化硅表面制作MOS器件，并采用氧化氮和N2O环境中退火已显示出非常高的碳化硅MOS界面特性，但是碳化硅表面电子迁移率仍然很低；随着原子层沉积技术的不断进步，氧化铝介质沉积日益成熟稳定，在碳化硅表面采用原子层沉积技术沉积氧化铝作为栅介质成为一个重要的解决碳化硅MOS界面缺陷态密度大的技术趋势。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是现有碳化硅MOS界面态密度大，导致碳化硅MOSFET器件有效迁移率低，器件性能被极大限制的问题；本发明采用SiO2界面层技术，采用在N2O环境中退火技术在碳化硅表面形成界面缺陷态密度小的SiO2；并采用原子层沉积技术在SiO2界面层上沉积氧化铝介质，从而实现在碳化硅表面形成介质缺陷态密度低的栅介质制备。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供一种在碳化硅上制备栅介质材料的方法，所述方法如下：
(1)首先在碳化硅表面通过在N2O环境中退火的方式生长1-10纳米厚氧化硅，预定温度为1000-1300℃；
(2)然后采用原子层沉积的方法在步骤(1)完成的衬底上制备三氧化二铝介质薄膜1个周期，前躯体采用三甲基铝和水；再采用原子层沉积的方法制备三氧化二铝介质薄膜1个周期，前躯体采用三甲基铝和臭氧；最后采用氮气等离子体对介质表面进行等离子吹扫；
(3)按照步骤(2)循环5-10次；
(4)最后将生长好栅介质的碳化硅片在N2O环境下退火1分钟，预定温度为300-900℃。
在上述方案中，其中步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，预定温度至少为1200度。
在上述方案中，其中步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，初始气体驻留的时间为50-60sec。
在上述方案中，其中步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，总的气体驻留的时间为80-180sec。
在上述方案中，其中步骤(2)中氧化铝介质的生长是在步骤(1)完成后立刻转入原子层沉积系统进行生长的，时间间隔不超过30sec，原子层沉积温度为300度。
在上述方案中，其中步骤(2)中氧化铝介质的生长过程中氮气等离子体的吹扫的时间为1分钟，产生等离子体的射频功率为10-20瓦。
在上述方案中，其中步骤(4)中栅介质的退火时间为1分钟，温度为870℃。
(三)有益效果
本发明提供的在碳化硅表面制备栅介质材料的方法，通过SiO2界面层的插入可以有效地降低界面态密度，同时，利用高质量的氧化铝介质提高MOS器件单位密度电容密度提高了器件的表面电荷浓度，从而提高MOS器件载流子浓度；最后利用在N2O环境中的退火技术，提高氧化铝介质质量，进一步降低了介质中缺陷态对器件的影响。
附图说明
图1为本发明提供的碳化硅表面栅介质的制备流程图
图2为本发明提供实施例中碳化硅栅介质制备后的示意图
其中101为碳化硅衬底，102为氧化硅界面层，103为氧化铝介质
具体实施方法
本实施例提供一种在碳化硅衬底上制备栅介质材料的方法，所述方法如下：
(1)首先在碳化硅表面通过在N2O环境中退火的方式生长3纳米厚氧化硅，预定温度为1200℃；
(2)然后采用原子层沉积的方法在步骤(1)完成的衬底上制备三氧化二铝介质薄膜1个周期，前躯体采用三甲基铝和水；再采用原子层沉积的方法制备三氧化二铝介质薄膜1个周期，前躯体采用三甲基铝和臭氧；最后采用氮气等离子体对介质表面进行等离子吹扫；
(3)按照步骤(2)循环10次；
(4)最后将生长好栅介质的碳化硅片在N2O环境下退火1分钟，预定温度为900℃。
在上述实施例中，其中步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，预定温度为1200度。
在上述实施例中，在于步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，初始气体驻留的时间为60sec。
在上述实施例中，所述步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，总的气体驻留的时间为120sec。
在上述实施例中，所述步骤(2)中氧化铝介质的生长是在步骤(1)完成后立刻转入原子层沉积系统进行生长的，时间间隔不超过30sec，原子层沉积温度为300度，该温度为预设温度，样品进入腔体后即可马上生长。
在上述实施例中，所述步骤(2)中氧化铝介质的生长过程中氮气等离子体的吹扫过程中产生等离子体的射频功率为15瓦，氮气气流量为20sccm，吹扫的时间为1分钟。
在上述实施例中，所述步骤(4)中栅介质的退火时间为1分钟，温度上升过程是先在400℃上稳定10秒，然后已100℃/秒的升温速度，将温度升高至约为900℃，稳定时间为1分钟。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种在碳化硅上制备栅介质材料的方法，所述方法如下：
(1)在碳化硅表面通过在N2O环境中退火的方式生长1-10纳米厚氧化硅，预定温度为1000-1300℃；
(2)然后采用原子层沉积的方法在步骤(1)完成的衬底上制备三氧化二铝介质薄膜1个周期，前躯体采用三甲基铝和水；再采用原子层沉积的方法制备三氧化二铝介质薄膜1个周期，前躯体采用三甲基铝和臭氧；最后采用氮气等离子体对介质表面进行等离子吹扫；
(3)按照步骤(2)循环5-10次；
(4)最后将生长好栅介质的碳化硅片在N2O环境下退火30秒到2分钟，预定温度为300-900℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的特征在于步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，预定温度至少为1200度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的特征在于步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，初始气体驻留的时间为50-60sec。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的特征在于步骤(1)中采用在N2O环境中退火形成氧化硅材料，总的气体驻留的时间为80-180sec。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的特征在于步骤(2)中氧化铝介质的生长是在步骤(1)完成后立刻转入原子层沉积系统进行生长的，时间间隔不超过30sec，原子层沉积温度为300度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的特征在于步骤(2)中氧化铝介质的生长过程中氮气等离子体的吹扫的时间为1分钟，产生等离子体的射频功率为10-20瓦。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的特征在于步骤(4)中栅介质的退火时间为1分钟，温度为870℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201511029195.3A CN105448742B (zh) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 一种碳化硅材料上制备栅介质的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201511029195.3A CN105448742B (zh) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 一种碳化硅材料上制备栅介质的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105448742A CN105448742A (zh) | 2016-03-30 |
| CN105448742B true CN105448742B (zh) | 2019-02-26 |
Family
ID=55558793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201511029195.3A Active CN105448742B (zh) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 一种碳化硅材料上制备栅介质的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105448742B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1292431A (zh) * | 1999-10-06 | 2001-04-25 | 三星电子株式会社 | 利用原子层沉积法形成薄膜的方法 |
| CN101789370A (zh) * | 2005-01-13 | 2010-07-28 | 国际商业机器公司 | 形成用于n-FET应用的HfSiN金属的方法 |
| CN102543704A (zh) * | 2010-12-31 | 2012-07-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 栅极氧化层的形成方法 |
| CN103311276A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-09-18 | 中国科学院微电子研究所 | 一种自对准石墨烯场效应晶体管及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6803330B2 (en) * | 2001-10-12 | 2004-10-12 | Cypress Semiconductor Corporation | Method for growing ultra thin nitrided oxide |
-
2015
- 2015-12-30 CN CN201511029195.3A patent/CN105448742B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1292431A (zh) * | 1999-10-06 | 2001-04-25 | 三星电子株式会社 | 利用原子层沉积法形成薄膜的方法 |
| CN101789370A (zh) * | 2005-01-13 | 2010-07-28 | 国际商业机器公司 | 形成用于n-FET应用的HfSiN金属的方法 |
| CN102543704A (zh) * | 2010-12-31 | 2012-07-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 栅极氧化层的形成方法 |
| CN103311276A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-09-18 | 中国科学院微电子研究所 | 一种自对准石墨烯场效应晶体管及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105448742A (zh) | 2016-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160300712A1 (en) | Apparatus and method for selective oxidation at lower temperature using remote plasma source | |
| CN107437498B (zh) | 碳化硅mos结构栅氧制备方法及碳化硅mos结构制备方法 | |
| TW201250835A (en) | Method for manufacturing semiconductor device and substrate processing method | |
| TW201324655A (zh) | 清洗方法、半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及記錄媒體 | |
| TW200926303A (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
| CN110212031A (zh) | 一种碳化硅mos器件及其制备方法 | |
| Xia et al. | Rapid and facile low-temperature solution production of ZrO2 films as high-k dielectrics for flexible low-voltage thin-film transistors | |
| CN103903961A (zh) | 在石墨烯材料上淀积高k栅介质的方法及应用 | |
| CN105448742B (zh) | 一种碳化硅材料上制备栅介质的方法 | |
| WO2012145952A1 (zh) | 沉积栅介质的方法、制备mis电容的方法及mis电容 | |
| CN107527803B (zh) | SiC器件栅介质层及SiC器件结构的制备方法 | |
| CN101800167B (zh) | 一种在锗衬底上制备金属-氧化物-半导体电容的方法 | |
| CN109494150B (zh) | 碳化硅高温退火表面保护的制作方法及碳化硅功率器件 | |
| CN106611696B (zh) | 一种碳化硅表面氧化膜的制备方法 | |
| CN103938268A (zh) | 一种降低碳化硅外延片表面颗粒密度的方法 | |
| CN110993486B (zh) | 提高栅氧化层质量的制备工艺 | |
| JP2012028713A (ja) | ゲートスタック形成方法 | |
| CN106611700B (zh) | 一种碳化硅表面氧化膜的制备方法 | |
| CN103184438B (zh) | 薄膜的热处理方法及热处理装置、化学气相沉积装置 | |
| CN105047551A (zh) | 一种镍化硅合金的制备方法 | |
| CN112820639A (zh) | 一种改进的碳化硅mosfet器件的制备工艺 | |
| JP5975460B2 (ja) | 炭化ケイ素半導体装置の製造方法 | |
| CN104538290B (zh) | 一种h2微刻蚀进行碳化硅离子激活的方法 | |
| CN110071044A (zh) | 场效应管的制备方法和场效应管 | |
| CN109148571B (zh) | 一种新型高k栅介质复合薄膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190122 Address after: 523000 A06, 8 floor, brilliant business building, 81 South Central Road, Dongcheng District, Dongguan, Guangdong. Applicant after: Dongguan Yi Ren Automobile Rental Co., Ltd. Address before: 523000 C10, 6 floor, brilliant business building, 81 South Central Road, Dongcheng District, Dongguan, Guangdong. Applicant before: DONGGUAN QINGMAITIAN DIGITAL TECHNOLOGY CO., LTD. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200710 Address after: 405400 steel structure standard workshop in G area, No.36, Puli industrial new area, Zhaojia street, Kaizhou District, Chongqing Patentee after: Chongqing sisek Technology Co., Ltd Address before: 523000 South Dongguan, Dongcheng District, Dongguan City, Guangdong, No. 8, No. 8 building, resplendence business mansion, south of Dongcheng Road, main mountain, Dongcheng District Patentee before: Dongguan Yi Ren Automobile Rental Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |