[发明专利]一种碳化硅MOS电容器件及其制作方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅MOS电容器件及其制作方法，在第一次退火处理时是在Ar气氛条件下或含O元素的Ar气氛条件下进行的，进而通过Ar退火能够去除SiC外延层和栅氧化层的界面处的C元素，使得C元素相关缺陷发生分解并离开界面处位置；且进一步在含O元素的Ar气氛条件下退火，能够促进C元素相关缺陷的分解和去除；而后在第二次退火处理时是在含N气氛条件下进行的，含N气氛的退火可以将N元素引入到SiC外延层和栅氧化层的界面处，进而能够钝化界面处存在的悬挂键或其他缺陷，最终改善了栅氧化层和SiC外延层的界面处的缺陷，提高了碳化硅MOS电容器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，更为具体地说，涉及一种碳化硅MOS电容器件及其制作方法。

背景技术

相较于以硅为代表的第一代半导体材料和以砷化镓为代表的第二代半导体材料，第三代半导体材料SiC具有更大的禁带宽度和更高的临界击穿场强。相比同等条件下的硅功率器件，SiC器件的耐压程度约为硅材料的100倍，特别是近年来SiC器件厂商陆续推出的肖特基二极管(Schottky Barrier Diode,SBD)以及结势垒肖特基二极管(JunctionBarrier Schottky,JBS)结构产品，耐压范围已经达到600V-1700V。同时，SiC具有较高的热导率和较低的本征载流子浓度，能够承受约600℃的结温，使得SiC器件的工作温度极限大大提高。另外，SiC器件的电子饱和速率较高、正向导通电阻小、功率损耗较低，适合大电流大功率运用，降低了对散热设备的要求。相对于其它第三代半导体(如GaN)而言，SiC能够较方便的通过热氧化形成二氧化硅。所以SiC被认为是新一代高效能电力电子器件重要的发展方向，在新能源汽车、轨道交通、机车牵引、智能电网等领域具有广阔的应用前景。

但在SiC功率器件中，通过热氧化生成的栅氧化层会在SiO₂/SiC界面处引入大量的(如碳团簇和氧空位等)缺陷，导致界面处界面态密度大幅增加，使SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor，MOSFET)的反型层载流子有效迁移率大幅下降并且使栅氧化层可靠性降低，严重制约了SiC功率器件的发展与应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳化硅MOS电容器件及其制作方法，有效解决现有技术存在的技术问题，改善了栅氧化层和SiC外延层的界面处的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种碳化硅MOS电容器件的制作方法，包括：

提供一SiC外延片，所述SiC外延片包括SiC衬底及位于所述SiC衬底上的SiC外延层；

对所述SiC外延片进行氧化处理，形成位于所述SiC外延层背离所述SiC衬底一侧的栅氧化层；

对形成有所述栅氧化层的SiC外延片，在Ar气氛条件下或含O元素的Ar气氛条件下进行第一次退火处理；

对形成有所述栅氧化层的SiC外延片，在含N气氛条件下进行第二次退火处理；

在所述栅氧化层背离所述SiC衬底一侧形成第一电极，且在所述SiC衬底背离所述SiC外延层一侧形成第二电极。

可选的，所述第一次退火处理时退火温度范围为1200℃-1500℃，包括端点值。

可选的，所述第二次退火处理时退火温度范围为1200℃-1500℃，包括端点值。

可选的，所述含N气氛条件为NO气氛条件、N₂气氛条件、NH₃气氛条件或NO₂气氛条件。

可选的，所述第一次退火处理时退火温度高于所述氧化处理时氧化温度。