RU2613013C1 - Способ получения полупроводникового карбидокремниевого элемента - Google Patents
Способ получения полупроводникового карбидокремниевого элемента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613013C1 RU2613013C1 RU2015152320A RU2015152320A RU2613013C1 RU 2613013 C1 RU2613013 C1 RU 2613013C1 RU 2015152320 A RU2015152320 A RU 2015152320A RU 2015152320 A RU2015152320 A RU 2015152320A RU 2613013 C1 RU2613013 C1 RU 2613013C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sio
- silicon carbide
- sic
- layer
- interface
- Prior art date
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 136
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 135
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 18
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 35
- -1 phosphorus ions Chemical class 0.000 claims abstract description 27
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 87
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 48
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 15
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 11
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии производства электронных приборов на карбиде кремния (SiC), например, МДП транзисторов с улучшенными рабочими характеристиками. В способе получения полупроводникового карбидокремниевого элемента, включающем введение ионов фосфора в SiC подложку путем ионной имплантации и дальнейшее формирование на ней слоя SiO2, имплантацию ионов фосфора проводят с энергией ионов в диапазоне 0,1-50 кэВ и дозой ионов в диапазоне 1012-1015 см-2, а слой SiO2 формируют методом осаждения и далее проводят отжиг полученной структуры. Сформированный методом осаждения слой SiO2 может иметь толщину 25-100 нм, а отжиг полученной структуры могут проводить в атмосфере сухого, либо влажного кислорода, либо в атмосфере инертного газа с парциальным давлением кислорода при температуре 900-1250°С в течение 1-180 мин. Способ позволяет повысить надежность и срок службы полупроводникового карбидокремниевого элемента при сокращении времени и затрат на его получение. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии производства электронных приборов на карбиде кремния (SiC), например, МДП транзисторов с улучшенными рабочими характеристиками.
Карбид кремния - полупроводниковый материал типа AIV-BIV, состоящий из углерода и кремния, обладающий свойством политипии. Карбид кремния является наиболее перспективным широкозонным полупроводником для создания компонентной базы радиационно стойкой, силовой и быстродействующей электроники нового поколения благодаря своим исключительным электрофизическим свойствам, таким как большая ширина запрещенной зоны, высокое критическое поле лавинного пробоя, высокая теплопроводность и термостабильность. Электрические свойства границы раздела карбида кремния и слоя SiO2 (SiC/SiO2) являются ключевой проблемой при создании современных силовых МДП транзисторов на карбиде кремния. Формирование подзатворного диэлектрика методом термического окисления в атмосфере сухого кислорода неизменно приводит к высокой плотности состояний на границе раздела SiC/SiO2 (интерфейс) связанных с кластерами углерода и так называемыми около-интерфейсными ловушками (R. 
, P. Friedrichs, D. Peters and D. Stephani, IEEE Electron Device Let. 20, 241 (1999)). Высокая плотность состояний на границе раздела SiC/SiO2 обуславливает снижение подвижности носителей заряда в канале SiC МДП транзистора. Помимо плотности состояний на границе раздела SiC/SiO2, высокая шероховатость границы раздела SiC/SiO2 также ведет к снижению подвижности носителей заряда в канале SiC МДП транзистора из-за их рассеяния на шероховатостях границы раздела SiC/SiO2. Низкая подвижность носителей заряда в канале SiC МДП транзистора приводит к увеличению сопротивления канала SiC МДП транзистора и ухудшению рабочих характеристик прибора в целом.
Одним из наиболее широко распространенных способов получения полупроводниковых карбидокремниевых элементов с низкой плотностью состояний на границе раздела SiC/SiO2 является пассивация поверхностных состояний азотом при помощи отжига или роста слоя SiO2 в азотосодержащей атмосфере (NO, N2O). Атомы азота диффундируют через слой SiO2 и образуют химические связи с атомами углерода на границе раздела SiC/SiO2, ответственными за возникновение электронных состояний в запрещенной зоне SiC, изменяя их энергетическое положение и перемещая данные состояния ближе к середине запрещенной зоны, что эффективно снижает плотность состояний на границе раздела SiC/SiO2 (М. Krieger, S. Beljakowa, L. Trapaidze, Т. Frank, H.В. Weber, G. Pensl, N. Hatta, M. Abe, H. Nagasawa and A. , Phys. Stat. Sol. (b) 245, No. 7, 1390-1395 (2008)).
Известны различные способы получения полупроводниковых карбидокремниевых элементов с пониженной плотностью состояний на границе раздела SiC/SiO2 при помощи роста слоя SiO2 методом термического окисления в атмосфере N2O (G.Y. Chung, С.С. Tin, J.R. Williams, K. McDonald, M. Di Ventra, S.T. Pantelides, L.C. Feldman and R.A. Weller, Appl. Phys. Lett. 76, 1713 (2000), WO 0229874, JP 2004511101, JP 2011049368) или отжига сформированного на SiC подложке слоя SiO2 в атмосфере NO или N2O (WO 0229874, JP 2004511101), либо в смеси NO или N2O с транс 1,2-дигалогенэтиленом (JP 2011049368), либо в азотосодержащей атмосфере, не содержащей кислород (TWI312176). Также известен способ изготовления слоя SiO2 на SiC подложке, являющийся частью способа получения полупроводникового карбидокремниевого элемента и заключающийся в формировании слоя SiO2 методом термического окисления SiC в атмосфере N2O либо отжига SiO2, сформированного на SiC подложке методом осаждения или термического окисления, в атмосфере N2O с целью снижения плотности поверхностных состояний на границе раздела SiC/SiO2 (WO 0229874).
Перечисленные способы получения полупроводникового карбидокремниевого элемента с использованием пассивации поверхностных состояний на границе раздела SiC/SiO2 азотом позволяют получить полупроводниковый карбидокремниевый элемент с недостаточно низкой плотностью состояний на границе раздела SiC/SiO2, что приводит к низкой подвижности носителей заряда, а значит к существенному ухудшению рабочих характеристик МДП транзисторов на карбиде кремния, например, увеличению сопротивления канала транзистора, а значит увеличению электрических потерь в приборе.
Также известны способы изготовления полупроводниковых карбидокремниевых элементов с низкой плотностью состояний на границе раздела SiC/SiO2 с использованием пассивации поверхностных состояний на границе раздела SiC/SiO2 фосфором.
Известен способ изготовления полупроводникового карбидокремниевого элемента, включающий этап формирования слоя SiO2 на SiC подложке и этап введения фосфора в слой SiO2 путем термической обработки в фосфорсодержащей атмосфере при температуре 800-1100°С, причем фосфор вводится в атмосферу камеры путем пробулькивания газа через фосфорсодержащую жидкость (Патент US №8546815 «SiC semiconductor element and manufacturing method for same», МПК H01L 21/265; H01L 29/38, опубл. 2013-10-01).
В ходе термической обработки SiC подложки со сформированным на ней слоем SiO2 фосфор диффундирует через слой SiO2 к границе раздела SiC/SiO2 и химически связывается с молекулами SiO2, оставаясь в объеме слоя SiO2, что позволяет получить полупроводниковый карбидокремниевый элемент, в котором ионы фосфора присутствуют в слое SiO2, что приводит к увеличению силы протекающего через него тока по механизму Пула-Френкеля, а значит сокращению срока службы и надежности полупроводникового карбидокремниевого элемента и прибора в целом.
Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления полупроводникового карбидокремниевого элемента (A. Mikhaylov, Т. Sledziewski, A. Afanasyev, V. Luchinin, S. Reshanov, A. , M. Krieger, Materials Science Forum, 806, p. 133, 2014), заключающийся в формировании жертвенного слоя SiO2 толщиной 45 нм на SiC подложке методом термического окисления SiC в сухом кислороде, введении ионов фосфора в слой SiC через полученный слой SiO2 методом ионной имплантации, последующим удалении сформированного ранее жертвенного слоя SiO2, и повторного формирования слоя SiO2 методом термического окисления в сухом кислороде.
В ходе повторного формирования слоя SiO2 методом термического окисления в сухом кислороде атомы фосфора, присутствующие в SiC подложке в результате предшествующей операции ионной имплантации, неизбежно остаются в объеме термически выращенного слоя SiO2, что позволяет получить полупроводниковый карбидокремниевый элемент, в котором ионы фосфора присутствуют в слое SiO2, и это приводит к увеличению силы протекающего через него тока по механизму Пула-Френкеля, а значит сокращению срока службы и надежности полупроводникового карбидокремниевого элемента. К тому же, такой способ достаточно длителен, что обусловлено долгим процессом формирования слоя SiO2 достаточной толщины методом термического окисления SiC, и имеет высокую себестоимость из-за дополнительного этапа формирования жертвенного слоя SiO2.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа получения полупроводникового карбидокремниевого элемента, который позволяет достигать технический результат, заключающийся в сокращении времени и затрат на получение полупроводникового карбидокремниевого элемента с повышенной надежностью и сроком службы.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе получения полупроводникового карбидокремниевого элемента, включающем введение ионов фосфора в SiC подложку путем ионной имплантации и дальнейшее формирование на ней слоя SiO2, имплантацию ионов фосфора проводят с энергией ионов в диапазоне 0,1-50 кэВ и дозой ионов в диапазоне 1012-1015 см-2, а слой SiO2 формируют методом осаждения и далее проводят отжиг полученной структуры в присутствии кислорода. Сформированный методом осаждения слой SiO2 может иметь толщину 25-100 нм. Отжиг полученной структуры могут проводить при температуре 900-1250°С в течение 1-180 мин. Отжиг может проводиться в атмосфере сухого кислорода, в атмосфере влажного кислорода или в атмосфере инертного газа с парциальным давлением кислорода.
Существенность отличий заключается в том, что способ изготовления полупроводникового карбидокремниевого элемента позволяет сформировать полупроводниковый карбидокремниевый элемент со слоем SiO2 свободным от ионов фосфора и таким образом повысить срок службы и надежность полупроводникового карбидокремниевого элемента. Ионы фосфора не присутствуют в слое SiO2, поскольку слой SiO2 формируется методом осаждения, а не методом термического окисления слоя SiC, содержащего ионы фосфора. При этом снижение плотности поверхностных состояний осуществляется также эффективно за счет внедрения фосфора на границу раздела SiC/SiO2 на этапе отжига в присутствии кислорода, в ходе которого кислород диффундирует через слой SiO2 и окисляет очень тонкий слой SiC с имплантированными в него ионами фосфора. Фосфор, в результате данного процесса, встраивается на границу раздела SiC/SiO2, снижает плотность состояний на границе раздела SiC/SiO2 и не проникает в слой SiO2. Кроме того, время, необходимое для проведения операций нанесения слоя SiO2 и отжига в присутствии кислорода, значительно короче, чем время, необходимое для роста слоя SiO2 достаточной толщины методом термического окисления. Вдобавок, в предлагаемом способе изготовления полупроводникового карбидокремниевого элемента отсутствуют этапы формирования и удаления жертвенного слоя SiO2, что сокращает время и стоимость изготовления полупроводникового карбидокремниевого элемента.
Кроме того, в случае роста подзатворного диэлектрика методом термического окисления SiC происходит увеличение шероховатости поверхности SiC, поскольку используемые подложки SiC имеют угол разориентирования 4°, что технологически необходимо для формирования верхнего слоя подложки высокого качества, а в ходе окисления SiC увеличивается размер ступеней роста. Шероховатость границы раздела SiC/SiO2 полупроводникового карбидокремниевого элемента, сформированного предложенным способом, значительно ниже за счет того, что подзатворный диэлектрик сформирован методом осаждения и последующего отжига в присутствии кислорода, в ходе которого окисляется очень тонкий слой SiC. Это предотвращает увеличение шероховатости границы раздела SiC/SiO2, что приводит к уменьшению рассеяния носителей заряда на шероховатостях границы раздела и увеличению подвижности носителей заряда вблизи границы раздела SiC/SiO2. Увеличение подвижности носителей заряда в канале МДП транзистора с использованием полупроводникового карбидокремниевого элемента, изготовленного заявляемым способом, приводит к существенному улучшению рабочих характеристик МДП транзисторов на карбиде кремния, например, уменьшению сопротивления канала транзистора, а значит уменьшению электрических потерь в приборе.
Изобретение иллюстрирует фиг. 1, на которой изображена структура полупроводникового карбидокремниевого элемента.
Способ реализуют следующим образом.
Ионы фосфора вводятся в SiC подложку путем ионной имплантации с энергией 0,1-50 кэВ и дозой 1012-1015 см-2. При введении ионов фосфора методом ионной имплантации с энергией более 50 кэВ существенно повреждается поверхность SiC вследствие бомбардировки поверхности высокоэнергетическими ионами фосфора, что будет увеличивать концентрацию дефектов в приповерхностной области SiC подложки и увеличивать плотность состояний на границе раздела SiC/SiO2, а также снижать надежность полупроводникового карбидокремниевого элемента. При введении ионов фосфора методом ионной имплантации с энергией менее 0,1 кэВ энергии ионов не достаточно для того, чтобы внедриться в SiC подложку.
При введении ионов фосфора методом ионной имплантации с дозой менее 1012 см-2 концентрация ионов фосфора на границе раздела SiC/SiO2 в полупроводниковом карбидокремниевом элементе будет недостаточной для снижения плотности состояний на границе раздела SiC/SiO2. При введении ионов фосфора методом ионной имплантации с дозой более 1015 см-2 концентрация ионов фосфора на границе раздела SiC/SiO2 в полупроводниковом карбидокремниевом элементе будет избыточной, дальнейшее увеличение дозы не будет приводить к уменьшению плотности состояний на границе раздела SiC/SiO2.
Далее формируется слой SiO2 методом осаждения. Предпочтительное значение толщины слоя SiO2 составляет 25-100 нм. При толщине слоя SiO2 менее 25 нм увеличивается вероятность протекания туннельного тока через слой SiO2 при использовании такого полупроводникового карбидокремниевого элемента, например, в структуре МДП транзистора на карбиде кремния. При толщине слоя SiO2 более 100 нм уменьшается эффективность работы затвора транзистора при использовании такого полупроводникового карбидокремниевого элемента, например, в структуре МДП транзистора на карбиде кремния. Однако значение толщины слоя SiO2 не является критическим и может выходить за рекомендованные границы в зависимости от структуры прибора, где используется полупроводниковый карбидокремниевый элемент, изготовленный данным способом.
Отжиг полученной структуры проводят в присутствии кислорода (в атмосфере сухого кислорода, в атмосфере влажного кислорода или в атмосфере инертного газа с парциальным давлением кислорода). Рекомендуемый диапазон температур 900-1250°С и времени отжига 1-180 мин. При температуре менее 900°С необходимое окисление тонкого слоя SiC будет либо незначительным, либо слишком долгим. При температуре более 1250°С более вероятно диффундирование ионов фосфора в объем диэлектрика, что будет снижать надежность полупроводникового карбидокремниевого элемента, кроме того, в таком случае затрудняется контроль толщины окисленного слоя SiC, поскольку процесс окисления проходит слишком быстро. При времени отжига менее 1 мин не будет происходить окисления слоя SiC достаточной толщины для эффективного встраивания ионов фосфора на границу раздела SiC/SiO2, а значит плотность состояний будет недостаточно низкой на границе раздела SiC/SiO2. При времени отжига более 180 мин будет окисляться слишком толстый слой SiC, а значит значительное количество ионов фосфора будет содержаться в слое SiO2, снижая надежность полупроводникового карбидокремниевого элемента, кроме того, будет увеличиваться шероховатость границы раздела SiC/SiO2, что негативно скажется на рабочих характеристиках МДП транзисторов на карбиде кремния. Однако длительность и температура отжига не являются критическими и могут выходить за рекомендованные величины в зависимости от конкретной реализации.
Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на конкретных примерах. Поперечное сечение полупроводникового карбидокремниевого элемента, формируемого заявляемым способом изготовления, приведено на фиг. 1, где 1 - SiC подложка, 2 - слой SiO2, 3 - граница раздела SiC/SiO2.
ПРИМЕР 1.
Для получения полупроводникового карбидокремниевого элемента с высокой подвижностью носителей заряда и высокой надежностью введение ионов фосфора в SiC подложку осуществляли путем ионной имплантации с энергией 20 кэВ и дозой 3⋅1013 см-2 на установке «High Voltage Engineering)) (модель «350 keV Schwerionen-Beschleuniger»). Нанесение слоя SiO2 толщиной 50 нм выполняли методом ALD (атомно-слоевое осаждение) на SiC подложку на установке «Oxford Instruments)). Отжиг полученной структуры проводили в атмосфере сухого кислорода при температуре 1150°С в течение 30 мин в печи «Thermco». Характеристики полученного карбидокремниевого полупроводникового элемента приведены в таблице.
ПРИМЕР 2.
Введение ионов фосфора в SiC подложку осуществляли путем ионной имплантации с энергией 1 кэВ и дозой 1⋅1012 см-2. Нанесение слоя диоксида кремния толщиной 100 нм выполняется методом ALD на SiC подложку. Отжиг полученной структуры проводится в атмосфере влажного кислорода при температуре 1250°С в течение 15 мин. Характеристики полученного карбидокремниевого полупроводникового элемента приведены в таблице 1.
ПРИМЕР 3.
Введение ионов фосфора в SiC подложку осуществляется путем ионной имплантации с энергией 40 кэВ и дозой 1-1015 см-2. Нанесение слоя диоксида кремния толщиной 25 нм выполняется методом ALD (атомно-слоевое осаждение) на SiC подложку. Отжиг полученной структуры проводится в атмосфере азота смешанного с кислородом в пропорции 3:1 при температуре 900°С в течение 150 мин. Характеристики полученного карбидокремниевого полупроводникового элемента приведены в таблице 1.
По приведенной технологии была изготовлена партия полупроводниковых карбидокремниевых элементов, а также латеральных полевых МДП транзисторов с использованием данных полупроводниковых карбидокремниевых элементов. В таблице приведены основные характеристики полупроводниковых карбидокремниевых элементов и латеральных полевых транзисторов на их основе, где Rz - шероховатость поверхности границы раздела SiC/SiO2, Dit - плотность поверхностных состояний на границе раздела SiC/SiO2 на 0.4 эВ ниже дна зоны проводимости, μFE - подвижность носителей заряда в канале латерального МДП транзистора с концентрацией акцепторов в p-базе около 1⋅1018 см-3, <Eb> - среднее значение поля диэлектрического пробоя слоя SiO2, являющийся критерием надежности подзатворного диэлектрика, чем выше поле пробоя, тем выше надежность. Измерение шероховатости поверхности границы раздела SiC/SiO2 проводилось при помощи атомно-силового микроскопа на поверхности SiC после удаления слоя SiO2 методом жидкостного травления. Измерение плотности поверхностных состояний Dit на границе раздела SiC/SiO2 проводилось методом спектроскопии адмиттанса. Измерение подвижности носителей заряда в канале латерального МДП транзистора μFE проводилось методом вольт-амперных измерений на латеральных МДП транзисторах с использованием полупроводникового карбидокремниевого элемента, величина μFE получена из передаточных характеристик транзисторов. Измерение среднего значения поля диэлектрического пробоя слоя SiO2 проводилось методом вольт-амперных измерений на полупроводниковом карбидокремниевом элементе, за ток пробоя принят ток равный 0,01 А.
Из таблицы можно видеть, что данный способ изготовления полупроводникового карбидокремниевого элемента позволяет достичь сопоставимых с прототипом значений плотности поверхностных состояний на границе раздела SiC/SiO2, но при этом значительно уменьшить шероховатость поверхности границы раздела SiC/SiO2, увеличить подвижность носителей заряда в канале латерального МДП транзистора, а также среднюю напряженность поля диэлектрического пробоя полупроводникового карбидокремниевого элемента, что приводит к повышению надежности и срока службы полупроводникового карбидокремниевого элемента при сокращении времени и затрат на его получение.
Claims (6)
1. Способ получения полупроводникового карбидокремниевого элемента, включающий введение ионов фосфора в SiC подложку путем ионной имплантации и дальнейшее формирование на ней слоя SiO2, отличающийся тем, что имплантацию ионов фосфора проводят с энергией ионов в диапазоне 0,1-50 кэВ и дозой ионов в диапазоне 1012-1015 см-2, а слой SiO2 формируют методом осаждения и далее проводят отжиг полученной структуры.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сформированный методом осаждения слой SiO2 имеет толщину 25-100 нм.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отжиг полученной структуры проводят при температуре 900-1250°С в течение 1-180 мин.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что отжиг полученной структуры проводят в атмосфере сухого кислорода.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что отжиг полученной структуры проводят в атмосфере влажного кислорода.
6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что отжиг полученной структуры проводят в атмосфере инертного газа с парциальным давлением кислорода.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152320A RU2613013C1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Способ получения полупроводникового карбидокремниевого элемента |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152320A RU2613013C1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Способ получения полупроводникового карбидокремниевого элемента |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2613013C1 true RU2613013C1 (ru) | 2017-03-14 |
Family
ID=58458286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015152320A RU2613013C1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Способ получения полупроводникового карбидокремниевого элемента |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2613013C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030036247A1 (en) * | 2001-08-17 | 2003-02-20 | Eriksen Odd Harald Steen | Method of preparing a semiconductor using ion implantation in a sic layer |
| US20040149993A1 (en) * | 2003-01-30 | 2004-08-05 | Cree, Inc. | Methods of Treating a Silicon Carbide Substrate for Improved Epitaxial Deposition and Resulting Structures and Devices |
| JP2009065112A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-03-26 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2009111007A (ja) * | 2007-10-26 | 2009-05-21 | Kyushu Institute Of Technology | 絶縁層埋め込み型半導体炭化珪素基板及びその製造方法 |
| RU2395868C1 (ru) * | 2009-06-05 | 2010-07-27 | Учреждение Российской академии наук, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ШОТТКИ-pn ДИОДОВ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ |
| US20140051235A1 (en) * | 2007-11-19 | 2014-02-20 | Air Water Inc. | Method for producing single crystal sic substrate and single crystal sic substrate produced by the same |
-
2015
- 2015-12-07 RU RU2015152320A patent/RU2613013C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030036247A1 (en) * | 2001-08-17 | 2003-02-20 | Eriksen Odd Harald Steen | Method of preparing a semiconductor using ion implantation in a sic layer |
| US20030040136A1 (en) * | 2001-08-17 | 2003-02-27 | Eriksen Odd Harald Steen | Method of manufacture of a semiconductor structure |
| US20040149993A1 (en) * | 2003-01-30 | 2004-08-05 | Cree, Inc. | Methods of Treating a Silicon Carbide Substrate for Improved Epitaxial Deposition and Resulting Structures and Devices |
| JP2009065112A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-03-26 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2009111007A (ja) * | 2007-10-26 | 2009-05-21 | Kyushu Institute Of Technology | 絶縁層埋め込み型半導体炭化珪素基板及びその製造方法 |
| US20140051235A1 (en) * | 2007-11-19 | 2014-02-20 | Air Water Inc. | Method for producing single crystal sic substrate and single crystal sic substrate produced by the same |
| RU2395868C1 (ru) * | 2009-06-05 | 2010-07-27 | Учреждение Российской академии наук, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ШОТТКИ-pn ДИОДОВ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5306193B2 (ja) | ｐ型チャネルを含む炭化シリコンスイッチングデバイスおよびその形成方法 | |
| JP5229845B2 (ja) | 炭化ケイ素ｍｏｓｆｅｔの製造方法および炭化ケイ素ｍｏｓｆｅｔ | |
| JP6052911B2 (ja) | セシウムイオンで酸化物界面を処理することによって高チャネル移動度を有するＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴの形成 | |
| JP4647211B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| US7727904B2 (en) | Methods of forming SiC MOSFETs with high inversion layer mobility | |
| JP5584823B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
| WO2014103186A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 | |
| JPH11186256A (ja) | 炭化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法 | |
| TW201507035A (zh) | 用於製造具有提升的通道遷移率之半導體裝置的濕式化學方法 | |
| JP3992211B2 (ja) | Ｃｍｏｓｆｅｔの製造方法 | |
| JP2011082454A (ja) | 絶縁膜構造体及びこれを用いた半導体装置 | |
| JP6945585B2 (ja) | ワイドバンドギャップ半導体デバイスおよびワイドバンドギャップ半導体デバイスを形成する方法 | |
| JP2006210818A (ja) | 半導体素子およびその製造方法 | |
| JP5800107B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
| CN107180765A (zh) | 形成半导体器件的方法 | |
| KR20150125688A (ko) | 매립형 웰 영역 및 에피택셜 층을 갖는 전계 효과 트랜지스터 장치 | |
| CN105981176B (zh) | 半导体装置及其制造方法 | |
| JP2003243653A (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| JP2009212366A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| Chung et al. | 4H-SiC oxynitridation for generation of insulating layers | |
| Ólafsson et al. | High field effect mobility in Si face 4H-SiC MOSFET transistors | |
| TW201044587A (en) | Mosfet and method for manufacturing mosfet | |
| JP2012038919A (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| CN105206513B (zh) | 用氮和硼改善4H‑SiC MOSFET反型层迁移率的方法 | |
| RU2613013C1 (ru) | Способ получения полупроводникового карбидокремниевого элемента |