CN118366849A - 一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，包括栅氧层的制备工艺，具体包括：按照工业标准湿法清洗工艺对基板进行清洗；采用原子层沉积技术在完成清洗的基板上沉积一层栅氧层，所述栅氧层厚度根据设定厚度确定；进行退火处理，所述退火温度为400℃‑1300℃；所述退火时间为10‑120分钟，获得较高的沟道迁移率，最终提升了SiC MOSFET性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法。
背景技术
由于碳化硅（SiC）材料本身优异的特性，比如高临界场强、宽禁带和高热导率，使得碳化硅材料在功率器件和高温环境工作的器件中成为了一种很有吸引力的材料。碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC Metal-Oxide-Semiconductor Field EffectTransistor，SiC MOSFET）作为一种高电压的第三代半导体器件，已经商业化应用。尽管SiCMOSFET作为一种高效的功率器件得到了很多研究和应用，但是由于该器件中关键结构栅氧层是通过高温氧化这种传统技术得到，并且SiC材料中碳元素的存在，使得碳化硅/氧化硅界面存在大量与碳等相关的缺陷，导致该器件较低的沟道迁移率和较高的导通电阻，从而限制了SiC MOSFET的应用。
对于这种缺陷，行业内做了很多相关的研究。在高温氧化碳化硅形成栅氧层的过程中，由于碳化硅中碳元素和硅元素的性质不同，因此在碳化硅/氧化硅界面处就会出现大量具有不同结构和性质的缺陷，这些缺陷很容易成为载流子包括电子和空穴的俘获陷阱，从而导致SiC MOSFET较低的沟道迁移率和较高的导通电阻。目前，行业内主要是在高温氧化后通过使用氮氧化合物钝化等方式进行改善，但是改善效果也极其有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，获得较高的沟道迁移率，最终提升了SiC MOSFET性能。
本发明是这样实现的：一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，包括栅氧层的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1、按照工业标准湿法清洗工艺对基板进行清洗；
步骤2、采用原子层沉积技术在完成清洗的基板上沉积一层栅氧层，所述栅氧层厚度根据设定厚度确定；
步骤3、进行退火处理，完成制备。
进一步地，所述步骤1具体为：按照工业标准湿法清洗工艺对基板进行清洗，将完成清洗的基板置于等离子体环境中设定时间，完成基板表面的预处理。
进一步地，所述退火处理的退火温度为400℃-1300℃，退火时间为10-120分钟。
进一步地，所述基板为半导体材料，包括碳化硅以及硅。
进一步地，所述栅氧层的材料包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪、氧化锆、五氧化二钽以及三氧化二镧。
本发明具有如下优点：SiC MOSFET现有制备过程中，碳化硅器件中关键结构的栅氧层一般采用传统的高温氧化技术，但是这种技术会造成碳化硅与栅氧层界面处产生大量缺陷。为解决这一问题，本发明采用原子层沉积技术取代传统高温氧化技术，因为完全不使用高温氧化技术，可以避免由于高温氧化所带来的问题，比如碳化硅与栅氧层界面处产生的大量缺陷，从而获得较高的沟道迁移率，最终提升了SiC MOSFET性能。
另外，本发明原子层沉积技术的温度在300℃左右，远远低于高温氧化所需要的温度（1200℃以上）；因此，避免使用高温氧化的工艺时间，客观上有助于降低半导体工厂的能耗，从而有益于降低SiC MOSFET等器件的生产成本；并且退火之后，使得栅氧层与底下一层之间的界面态密度降低到10的11次方量级，击穿场强达到11MV/cm左右。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明方法执行流程图。
具体实施方式
本发明的总体思路为：通过沉积的方式在半导体基板（如碳化硅、硅晶圆）上得到栅氧层，这样就避免了因高温氧化而在碳化硅/氧化硅界面出现的缺陷。为保证得到高质量的栅氧层结构，本发明采取原子层沉积的方式生长得到栅氧层，然后对其进行退火处理，进一步提高该栅氧层质量。
原子层沉积 (Atomic Layer Deposition, ALD)是一种基于化学气相沉积 (CVD)的高精度薄膜沉积技术，将物质材料以单原子膜的形式基于化学气相一层一层的沉积在基板表面。将两种或更多种前驱体化学品，一次一种地分别引入到基板表面。每个前驱体使表面饱和，形成单层材料。 ALD在沉积过程中，反应前驱体是交替沉积，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，每次反应只沉积一层原子。因此，可以通过控制沉积周期的次数，实现薄膜厚度的精确控制。
本发明采用原子层沉积技术，在SiC MOSFET器件制备过程中，完全取代传统高温氧化技术得到栅氧层，完全避免或者很大程度上改善了高温氧化所带来的问题。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，包括栅氧层的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1、按照工业标准湿法清洗工艺（RCA）对基板进行清洗，所述基板为半导体材料，包括碳化硅以及硅，该半导体材料正面可以具有一定厚度和掺杂浓度的外延层，将完成清洗的基板置于用等离子体发生设备产生的等离子体环境中设定时间，完成基板表面的预处理；
将完成清洗的基板置于用等离子体发生设备产生的氢或者氮等离子体环境中一定时间，对基板表面进行预处理；通过上述的预处理，可以预先钝化处理基板表面缺陷，这样随后使用原子层沉积得到的基板与栅氧层界面情况得到改善；并且，预先钝化处理基板表面缺陷，再进行高温氧化，有利于进一步改善基板与栅氧层界面情况；
步骤2、采用原子层沉积技术在完成清洗的基板上沉积一层栅氧层，所述栅氧层厚度根据设定厚度确定，所述栅氧层的材料包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪、氧化锆、五氧化二钽以及三氧化二镧，或者栅氧层介质为这些材料中某几种的混合物；
步骤3、进行退火处理，所述退火温度为400℃-1300℃；所述退火时间为10-120分钟。退火处理为将该栅氧层置于高温环境下和一定气体氛围中保持一定的时间长度，以提高该基板与栅氧层界面及栅氧层本身的质量。所述的气体氛围中的气体一般包括但不限于：氮气、氩气、一氧化氮、一氧化二氮等中的一种或某几种的混合气体。
该金属氧化物半导体场效应晶体管的其他步骤直接采用现有的技术进行制备即可。
其中，退火处理：
1）温度为400度时，所需气体为氮气或者氩气，退火时间为2小时。
2）退火温度为1300度时，所需气体为氮气与一氧化氮或者一氧化二氮的混合气体，退火时间10分钟到30分钟。
3）退火温度为1000度时，所需气体为氮气或者氩气，退火时间60分钟左右。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (5)
1.一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括栅氧层的制备工艺，具体包括如下步骤：
步骤1、按照工业标准湿法清洗工艺对基板进行清洗；
步骤2、采用原子层沉积技术在完成清洗的基板上沉积一层栅氧层，所述栅氧层厚度根据设定厚度确定；
步骤3、进行退火处理，完成制备。
2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：按照工业标准湿法清洗工艺对基板进行清洗，将完成清洗的基板置于等离子体环境中设定时间，完成基板表面的预处理。
3.根据权利要求1所述的一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述退火处理的退火温度为400℃-1300℃，退火时间为10-120分钟。
4.根据权利要求1所述的一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述基板为半导体材料，包括碳化硅以及硅。
5.根据权利要求1所述的一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述栅氧层的材料包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪、氧化锆、五氧化二钽以及三氧化二镧。
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