CN112599408A - 具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法，其利用低能等离子氧预洗芯片表面，产生牺牲氧化物，再用RCA工艺清洗碳化硅外延片表面，以改善芯片的研磨残余的缺陷。然后，以干式热氧化生长一层二氧化硅薄膜，改善碳空位缺陷；进一步把碳化硅外延片放置在一300℃的热盘上，在氧气下溅射Al原子，接着在氧气中静置3~5分钟；重复溅射、静置步骤至所需Al2O3绝缘层厚度，最后沉积一金属合金电极层即可。采用本发明的制备方法除了能改善碳化硅氧化物半导体性能外，其上的复合氧化层可以在同一个设备上完成，减低可材料搬动工序。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制备领域，具体涉及一种具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法。
背景技术
SiC做为新一代半导体材料，具有优异的材料特性，如与硅材料相比，三倍的能量带宽度、10倍高绝缘耐电场能力）、2倍的饱和电子速度和3倍的优异导热性；其相对较低的功耗，产生的热量少，效率高。
如同Si材料，SiC是唯一一种可以通过热氧化得到高质量SiO2的化合物半导体。因此，SiC热氧化得到的氧化硅被用作金属氧化物半导体器件MOS的栅介质。然而，和Si技朮最显着的差别是SiC组成元素之一的碳原子。在SiC金属氧化物半导体器件MOS方面已有一些综述发表，但目前SiC MOS界面还在不断改进〔1〕。
MOS氧化物/半导体界面有几个重要功能参数：1 界面态浓度，2. 界面中固定电荷浓度，3.氧化物界面边缘的电子陷阱浓度，4. 氧化层内的载流子浓度，5. 氧化层漏电流(相对于电场强度与温度)，6.氧化层击穿电场强度。
在MOS功率器件的电气特性与可靠度很大部份取决于上述的参数值。由于上述的各参数值取决于氧化材料、氧化物薄膜质量和厚度、半导体的晶格排列、晶向、晶面的粗细度、晶格缺陷、掺杂质材料与浓度等因素影响。在各因素交互作用下，SiC MOS氧化物的制备变成一道非常复杂的工序。
与Si类似，直接在SiC以干式热氧化成SiO2是最简单与常见的方法。在生长SiO2的厚度超过限制扩散区域时，生长厚度与时间平方成比例，生长速率是逐渐减缓。以湿式热氧化方法是热氧经过纯水再进入反应腔，其生长速率比干式热氧快，但长时间湿式热氧化会在位错的位置造成表面凹坑。
SiC热氧化过程，是牺牲部份的SiC与热氧反应，氧原子通过热扩散至内部再发生反应。热氧过程的温度在1150℃~1300℃之间，氧化速率随温度而增加。在热氧化的过程中，碳原子大部以CO分子的形式扩散出去；
一般认为氧化硅并不是完全不含碳原子的，在SiO2/SiC附近仍存在碳原子，除去残留在SiO2与界面的碳原子，此外小部份的碳原子向SiC体区域内扩散，初期向内扩散的碳原子先填充碳空位，导致碳空位相关缺陷减少，但过多的碳会形成碳团簇缺陷，而碳团簇缺陷会降低沟道迁移率。
SiC MOS结构在高电场强度和高温下的隧穿电流比较高，这一点限制了高温下氧化层的可靠性。中国专利专CN109037333A，先沉积高k介质绝缘层后再沉SiO2来制备SiCMOSFET的絶缘层，该复合氧化层以横向布置高k介质与SiO2绝缘层。但，高k介质/ SiC界面的表面碳空位缺陷的存在，限制了沟道迁移率。
有鉴于此，本发明人针对上述存在的问题进行深入构思，遂产生本发明。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法，其能够有效改善碳化硅氧化物半导体的性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、以低能等离子氧预先冲刷碳化硅外延片表面5~10分钟；
步骤2、对经步骤1处理后的碳化硅外延片进行RCA清洗；
步骤3、干式热氧化碳化硅外延片1~3分钟，反应腔温度在600℃~800℃之间，形成二氧化硅薄膜；
步骤4、把碳化硅外延片放置在一300℃热盘上，在氧气下溅射铝原子1分钟，腔体温度在200℃~250℃；
步骤5、暂停溅射工序，把碳化硅外延片在300℃热盘上静置3~5分钟；
步骤6、重复步骤4，至所需的Al2O3厚度；
步骤7、沉积金属合金电极层，即完成碳化硅金属氧化物半导体的制备。
所述步骤1中，等离子强度在7~12W之间。
所述步骤3中，二氧化硅薄膜厚度为7nm~8nm。
所述步骤6中，所需的Al2O3厚度为30~300nm。
采用上述方案后，本发明利用一组复合工艺提高碳化硅半导体的界面与绝缘层的质量，从而改善碳化硅半导体的性能。具体地，本发明利用低能等离子氧预洗芯片表面，产生牺牲氧化物，再用RCA工艺清洗碳化硅外延片表面，以改善芯片的研磨残余的缺陷。然后，以干式热氧化生长一层二氧化硅薄膜，改善碳空位缺陷；进一步把碳化硅外延片放置在一300℃的热盘上，在氧气下溅射Al原子，接着在氧气中静置3~5分钟；重复溅射、静置步骤至所需Al2O3绝缘层厚度，最后沉积一金属合金电极层即可。采用本发明的制备方法除了能改善碳化硅氧化物半导体性能外，其上的复合氧化层可以在同一个设备上完成，减低可材料搬动工序。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明揭示了一种具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法，其具体包括以下步骤：
步骤1、以低能等离子氧预先冲刷碳化硅外延片表面5~10分钟；上述的等离子强度在7~12W之间。其中，碳化硅外延片适用任何晶向、晶态、掺杂规格的碳化硅外延片。利用低能等离子氧清洗碳化硅外延片表面，可以产生牺牲氧化物。
步骤2、对经步骤1处理后的碳化硅外延片进行RCA清洗。在步骤1的基础上，进行RCA清洗，可以改善碳化硅外延片的研磨残余的缺陷。
步骤3、干式热氧化碳化硅外延片1~3分钟，反应腔温度在600℃~800℃之间，形成一二氧化硅薄膜，其厚度在控制在7nm~8nm。通过生长二氧化硅薄膜，可以有效改善碳空位缺陷。
步骤4、把碳化硅外延片放置在一300℃热盘上，在氧气下溅射铝（Al）原子1分钟，腔体温度在200℃~250℃。
步骤5、暂停溅射工序，把碳化硅外延片在300℃热盘上静置3~5分钟。
步骤6、重复步骤4，至所需的Al2O3厚度，厚度在30~300nm。
步骤7、沉积金属合金电极层，即完成碳化硅金属氧化物半导体的制备。
本发明利用一组复合工艺提高碳化硅半导体的界面与绝缘层的质量，从而改善碳化硅半导体的性能。具体地，本发明利用低能等离子氧预洗芯片表面，产生牺牲氧化物，再用RCA工艺清洗碳化硅外延片表面，以改善芯片的研磨残余的缺陷。然后，以干式热氧化生长一层二氧化硅薄膜，改善碳空位缺陷；进一步把碳化硅外延片放置在一300℃的热盘上，在氧气下溅射Al原子，接着在氧气中静置3~5分钟；重复溅射、静置步骤至所需Al2O3绝缘层厚度，最后沉积一金属合金电极层即可。采用本发明的制备方法除了能改善碳化硅氧化物半导体性能外，其上的复合氧化层可以在同一个设备上完成，减低可材料搬动工序。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、以低能等离子氧预先冲刷碳化硅外延片表面5~10分钟；
步骤2、对经步骤1处理后的碳化硅外延片进行RCA清洗；
步骤3、干式热氧化碳化硅外延片1~3分钟，反应腔温度在600℃~800℃之间，形成二氧化硅薄膜；
步骤4、把碳化硅外延片放置在一300℃热盘上，在氧气下溅射铝原子1分钟，腔体温度在200℃~250℃；
步骤5、暂停溅射工序，把碳化硅外延片在300℃热盘上静置3~5分钟；
步骤6、重复步骤4，至所需的Al2O3厚度；
步骤7、沉积金属合金电极层，即完成碳化硅金属氧化物半导体的制备。
2.根据权利要求1所述的具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法，其特征在于：所述步骤1中，等离子强度在7~12W之间。
3.根据权利要求1所述的具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法，其特征在于：所述步骤3中，二氧化硅薄膜厚度为7nm~8nm。
4.根据权利要求1所述的具有复合氧化层的碳化硅金属氧化物半导体制备方法，其特征在于：所述步骤6中，所需的Al2O3厚度为30~300nm。
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