[发明专利]一种高k栅介质层的制备方法及碳化硅MOS功率器件

说明书

本发明提供了一种高k栅介质层的制备方法及碳化硅MOS功率器件，所述制备方法包括对具有第一导电类型的碳化硅外延片进行高温牺牲氧化，在其外延层的上表面形成牺牲氧化层；对牺牲氧化层进行腐蚀，直至完全去除外延层上的牺牲氧化层；对去除牺牲氧化层后的外延层的上表面进行高温表面化处理，形成光滑的钝化表面；在光滑的钝化表面上依次淀积Al₂O₃介质覆层、La_xHf_yO介质层和Al₂O₃介质覆层，并对Al₂O₃介质覆层、La_xHf_yO介质层和Al₂O₃介质覆层构成的叠层结构进行退火，形成高k栅介质层。与现有技术相比，本发明提供的一种高k栅介质层的制备方法及碳化硅MOS功率器件，能够减少SiC/SiO₂界面处的因杂质和/或表面晶格缺陷造成的界面缺陷，提高栅介质层的耐压能力。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种高k栅介质层的制备方法及碳化硅MOS功率器件。

背景技术

碳化硅半导体材料具有较宽的禁带宽度(3.2eV)、较高的击穿电场强度(2.2MV/cm)、较高的高饱和电子迁移速率(2.0×10⁷cm/s)、较高的高热导率(5.0W/cm K)、极好的物理化学稳定性等特性，适合于作为大功率、高电压、高工作温度、高工作频率功率半导体器件的制造材料，而由于碳化硅在化合物半导体材料中是唯一具有通过氧化生成致密SiO₂介质层的能力，这使得碳化硅工艺与常规CMOS工艺具有更高的工艺兼容性和成熟性，也使得碳化硅MOS功率器件制造具有更成熟的制造工艺。

金属氧化物半导体场效应晶体管是一种广泛使用的一类功率器件，将控制信号提供给栅电极，该栅电极通过插入的绝缘体将半导体表面分开，绝缘体可以为二氧化硅(SiO₂)。通过多数载流子的传输进行电流传导，而不需要在双极型晶体管工作时使用少数载流子注入。同时，碳化硅MOS功率器件能够提供非常大的安全工作区，并且多个单元结构能够并行使用。但是碳化硅还存在下述缺陷：

1、氧化碳化硅生成SiO₂氧化过程中，会出现以悬挂键和团簇的形式存在的碳残余，导致SiC/SiO₂的界面处存在较高密度的界面态。

2、碳化硅的晶格具有各向异性特性，其氧化速率存在着较强的各向异性，导致不同晶面的氧化层存在厚度不均匀的问题；

3、SiO₂的介电材料的介电常数K_OX值仅有3.9，使得SiC/SiO₂界面电场强度分布中SiO₂侧会出现较高电场强度，从而限制碳化硅高击穿电场强度。

发明内容

为了满足克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种高k栅介质层的制备方法及碳化硅MOS功率器件。

第一方面，本发明中一种高k栅介质层的制备方法的技术方案是：

所述制备方法包括：

对具有第一导电类型的碳化硅外延片进行高温牺牲氧化，在其外延层的上表面形成牺牲氧化层；

对所述牺牲氧化层进行腐蚀，直至完全去除所述外延层上的牺牲氧化层；

对所述去除牺牲氧化层后的外延层的上表面进行高温表面化处理，形成光滑的钝化表面；