[发明专利]低偏移平带电压SiC MOS电容制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件的制作，具体的是有关SiC MOS电容的制作方法。 

背景技术

碳化硅是最近十几年来迅速发展起来的宽禁带半导体材料。它是宽禁带半导体中唯一一种可以通过自然氧化生成SiO₂的第三代半导体材料，与其它半导体材料相比，比如Si和GaAs，碳化硅材料具有宽禁带、高热导率、高载流子饱和迁移率、高功率密度等优点。因此，对于SiC器件和工艺的研究成为半导体器件领域里的热点。SiC器件通常工作在高压、高功率条件下，这要求氧化层的质量比较好、道通电阻比较小、有效迁移率比较高。而这些难题还一直在阻碍着SiC材料和器件的发展。 

目前，如何通过工艺改进来降低SiO₂/SiC的界面态密度一直是比较活跃的课题。按照现有的工艺步骤所制造出来的SiC MOS电容器件，其SiO₂/SiC界面态密度高达10¹⁴cm^-2eV^-1量级，这种高密度的界面态将导致器件性能的严重恶化，甚至使基于SiCMOS电容器件的性能还达不到基于Si器件的性能。为解决这一问题，P.T.Lai等人于2002年在IEEE electron device letters发表文章，他们采用NO、N₂O做为氧化气体进行氧化层生长。采用这种工艺虽然在一定程度上改善了SiC MOS电容器件的界面特性，但是仍然存在平带电压偏移较大、含氮气体剂量不易精确控制，影响器件界面特性的提高。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种低偏移平带电压SiC MOS电容的制作方法，以在保证平带电压偏移较小的条件下，降低MOS电容的界面态密度，提高器件的界面特性。 

为实现上述目的，本发明的实现步骤包括： 

（1）对N-SiC外延材料进行标准清洗处理； 

（2）在清洗处理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法外延一层 1~10nm厚的AlN薄层； 

（3）在经过外延AlN处理的N-SiC外延材料上干氧氧化一层厚度为10~100nm的SiO₂； 

（4）将氧化后的N-SiC外延材料依次完成在Ar气环境中退火和冷处理； 

（5）对冷处理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空溅射Al制作电极，其中大电极的直径为900μm，小电极的直径为200μm，两电极的距离为1mm；再置于温度为400±5℃的Ar气环境中退火30min，完成低偏移平带电压SiC MOS电容的制作。 

所述步骤（2）利用分子束外延的方法外延AlN薄层的工艺条件是：衬底温度为800±5℃。 

所述步骤（4）在Ar气环境中进行退火的工艺条件是：退火温度为1200±10℃，退火时间为30min；在Ar气环境中进行冷处理是按照5℃/min的速率冷却。 

本发明与现有技术相比具有如下优点： 

（1）本发明由于在氧化前引入了N元素，在经过退火后，N元素电离，并将在SiC/SiO₂界面附近积聚，在界面和近界面处的N离子与未成键的Si、O原子形成N≡Si键、N≡O键，减少了悬挂键，缓和了界面应力，降低了近界面陷阱密度，改善了界面特性； 

（2）本发明由于同时引入了Al^-，氧化后会在SiO₂/SiC界面附近重新积聚，补偿了N⁺引起的平带电压的平移，将会在不恶化MOS界面特性的情况下，使得MOS电容的平带电压偏移更小； 

（3）本发明由于采用干氧和淀积的方式生长氧化层，使得氧化层的生长速度得到提高，并经过后序的氧化后退火，使得生长的氧化层质量更好。 

附图说明

图1是本发明的主要工艺流程示意图。 

具体实施方式

参照图1，本发明给出以下制作SiC MOS电容的实施例。 

实施例1，包括如下步骤： 

步骤1，对N-SiC外延材料进行标准清洗处理： 

1.1）用去离子水超声清洗N-SiC外延材料； 

1.2）用浓硫酸进行清洗，加热至冒烟后煮10min，再浸泡30min后用去离子水冲洗表面数遍；