專利名稱：低偏移平帶電壓SiC MOS電容制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件的制作，具體的說(shuō) 是有關(guān)MOS電容的制作方法。
背景技術(shù)：
SiC材料是寬禁帶半導(dǎo)體中唯一一種可以通過(guò)自然氧化生成Si02 的第三代半導(dǎo)體材料。這種第三代半導(dǎo)體SiC比前兩代半導(dǎo)體具有禁
帶寬度寬、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率高的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)點(diǎn)可以使其在高溫
下工作更穩(wěn)定，并可以勝任大功率的應(yīng)用。因此，對(duì)于SiC器件和工
藝的研究成為半導(dǎo)體器件研究領(lǐng)域里的熱點(diǎn)。氧化層的質(zhì)量和其界面
特性是影響SiC器件電學(xué)性能的重要因素。SiC器件通常工作在高壓、
高功率條件下，這要求氧化層質(zhì)量比較好、導(dǎo)通電阻比較小、有效遷
移率比較高。而這些難題還一直在阻礙著SiC材料和器件的發(fā)展。目 前，如何通過(guò)工藝改進(jìn)來(lái)降低SiC/Si02的界面態(tài)密度一直是比較活躍
的課題。
按照現(xiàn)有的工藝步驟所制造出來(lái)的器件，其SiC/Si()2界面態(tài)密度 高達(dá)10"cm^V々量級(jí)，這種高密度的界面態(tài)將導(dǎo)致器件性能的嚴(yán)重 惡化，甚至使基于SiC器件的性能還達(dá)不到基于Si器件的性能。為 解決這一問(wèn)題，RT.Lai等人于2002年在IEEE electron device letters 發(fā)表文章，他們采用的工藝是對(duì)SiC/Si02界面進(jìn)行氮化處理，即采用 NO、 N20作為氧化氣體進(jìn)行氧化層的生長(zhǎng)。采用這種工藝雖然在一 定程度上改善了器件的界面特性，但是仍然存在平帶電壓偏移較大、 含氮?dú)怏w劑量不易精確控制，影響器件界面特性的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺陷，提供一種低偏移平 帶電壓SiC MOS電容制作方法，以在保證平帶電壓偏移較小的條件 下，精確的控制N"的劑量，降低MOS電容界面態(tài)密度，提高器件界面特性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟包括 (1 )對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行清洗處理；
(2) 在清洗處理后的SiC外延層中，先離子注入能量為 2.5 4.8kev，劑量為2.0xl012~3.2xl012cm'2的W;再離子注入能量為 3.5 8.0kev，劑量為1.2xl010~2.2xl01()cm-2的A廠；
(3) 在離子注入后的外延層上干氧氧化一層厚度為20nm 35nm 的Si02;
(4) 在氧化后的樣片上，依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧 環(huán)境中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；
(5) 采用化學(xué)氣相淀積在冷處理后的樣片上，先淀積一層 35nm 95nm厚的Si02，再在溫度為1000士5'C的Ar氣環(huán)境中退火 20min;
(6) 將退火后的Si02層上，使用光刻版真空濺射A1制作電極， 并在溫度是400士5。C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成器件制作。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1) 本發(fā)明由于在氧化前引入N"離子，在經(jīng)過(guò)退火后，N元素電 離并將在SiC/Si02界面附近積聚，在界面和近界面處的N離子與未 成鍵的Si原子形成N三Si鍵、N^O鍵，減少了懸掛鍵，緩和了界面 應(yīng)力，降低了近界面陷阱密度，改善了界面特性；
2) 本發(fā)明由于同時(shí)注入Al—，氧化后在SiC/Si02界面附近重新積 聚，補(bǔ)償了由于N^引起的平帶電壓的平移，通過(guò)控制Ar離子的劑量， 將會(huì)在不惡化MOS界面特性的情況下，使得MOS電容的平帶電壓 偏移更?。?br> 3) 本發(fā)明由于采用離子注入的方式注入NWl—離子，不僅實(shí)現(xiàn) 了工藝上NnAr的精確可控，而且使定量研究注入N"離子與界面陷阱 密度成為可能；
4) 本發(fā)明由于采用干氧和淀積的方式生長(zhǎng)氧化層，提高了氧化 層生長(zhǎng)的速度，并經(jīng)過(guò)后序的濕氧氧化后退火，使得生長(zhǎng)的氧化層質(zhì)
4量更好。
測(cè)試表明，用本發(fā)明方法制作的SiC MOS電容，其界面陷阱密 度達(dá)到了 10"eV"cn^的量級(jí)。


圖l是本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明給出以下制作SiCMOS電容的三種實(shí)施例。 實(shí)施例l，包括如下步驟
步驟l，先用去離子水超聲清洗N-SiC外延材料，再用濃硫酸進(jìn) 行清洗，并加熱至冒煙，煮10min后，浸泡30min，并用去離子水沖 洗表面數(shù)遍；接著用比例為5: 1: 1的H20、 &02和氨水組成的1 號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，對(duì)N-SiC外延材料水浴浸泡5min，用 氟化氫溶液清洗后，離子水沖洗表面數(shù)遍；再用比例為6: 1: 1的
H20、 &02和HC1組成的2號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，對(duì)N-SiC 外延材料水浴浸泡5min，用氟化氫溶液清洗后，離子水沖洗表面數(shù) 遍；最后用紅外燈烘干。
步驟2，在清洗處理后的外延層上進(jìn)行N+離子注入，該離子注入 能量為2.5kev,劑量為2.0xl012cm、接著在離子注入后的樣片上再進(jìn) 行Ar離子注入，該離子注入能量為3.5kev,劑量為1.2xl01QcnT2。
步驟3，將離子注入后的樣片置于溫度為1050士5'C氧化爐中，干 氧氧化一層厚度為20nm的Si02薄層。
步驟4，將氧化后的樣片置于溫度為1200士1(TC的Ar氣環(huán)境中進(jìn) 行30min的退火；再將退火后的樣片置于溫度為950士5'C濕氧環(huán)境中 進(jìn)行l(wèi)h的濕氧氧化退火；最后將退火后的樣片在Ar氣環(huán)境中以 5'C/min的速率冷卻。
步驟5，采用LPCVD在冷處理后的氧化層上淀積一層厚度為 60nm的Si02;接著將淀積后的樣片置于溫度為1000土5'C的Ar氣環(huán) 境中退火20min。
步驟6，對(duì)冷處理后的樣片上采用橫向結(jié)構(gòu)方法，通過(guò)濺射制作電極，大電極的直徑為900um，小電極的直徑為200um，兩電極的距 離為lmm;接著將濺射電極后的樣片置于溫度為400i5t:的Ar氣環(huán) 境中退火30min，完成低偏移平帶電壓SiC MOS電容制作。
實(shí)施例2，包括如下步驟
步驟l，先用去離子水超聲清洗清洗N-SiC外延材料，再用濃硫 酸進(jìn)行清洗，并加熱至冒煙，煮10min后，浸泡30min，并用去離子 水沖洗表面數(shù)遍；接著用比例為5: 1: 1的H20、 H202和氨水組成 的1號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，對(duì)N-SiC外延材料水浴浸泡5min， 用氟化氫溶液清洗后，用離子水沖洗表面數(shù)遍；再用比例為6: 1: 1
的H20、H2Ojn HC1組成的2號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，對(duì)N-SiC 外延材料水浴浸泡5min，用氟化氫溶液清洗后，用離子水沖洗表面 數(shù)遍；最后通過(guò)紅外燈烘干。
步驟2，在清洗處理后的外延層上進(jìn)行N"離子注入，該離子注入 能量為3.0kev,劑量為2.2xl012cm、接著在離子注入后的樣片上再進(jìn) 行Al—離子注入，該離子注入能量為5.0kev，劑量為1.6xl01()cm-2。
步驟3,將離子注入后的樣片置于溫度為1050土5"C氧化爐中，干 氧氧化一層厚度為25nm的Si02薄層。
步驟4，將氧化后的樣片置于溫度為1200士1(TC的Ar氣環(huán)境中進(jìn) 行30min的退火；接著將退火后的樣片置于溫度為950士5'C濕氧環(huán)境 中進(jìn)行l(wèi)h的濕氧氧化退火；最后將退火后的樣片在Ar氣環(huán)境中以 5'C/min的速率冷卻。
步驟5，采用LPCVD在冷處理后的氧化層上淀積一層厚度為 35nm的Si02;再將淀積后的樣片置于溫度為1000士5'C的Ar氣環(huán)境 中退火20min。
步驟6，對(duì)冷處理后的樣片采用橫向結(jié)構(gòu)方法，通過(guò)濺射制作電 極，大電極的直徑為900um，小電極的直徑為200um，兩電極的距離 為lmm;接著將濺射電極后的樣片置于溫度為400i5T:的Ar氣環(huán)境 中退火30min，完成低偏移平帶電壓SiCMOS電容制作。
6實(shí)施例3，包括如下步驟
步驟l,先用去離子水超聲清洗N-SiC外延材料，再用濃硫酸進(jìn) 行清洗，并加熱至冒煙，煮10min后，浸泡30min，并用去離子水沖 洗表面數(shù)遍；接著用比例為5: 1: 1的H20、 H202和氨水組成的1
號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，對(duì)N-SiC外延材料水浴浸泡5min，用
氟化氫溶液清洗后，用離子水沖洗表面數(shù)遍；再用比例為6: 1: l的 H20、 &02和HC1組成的2號(hào)混合液體在溫度為80'C下，對(duì)N-SiC 外延材料水浴浸泡5min，用氟化氫溶液清洗后，用離子水沖洗表面 數(shù)遍；最后通過(guò)紅外燈烘干。
步驟2，在清洗處理后的外延層上進(jìn)行N"離子注入，該離子注入 能量為4.8kev,劑量為3.2xl012cm々；接著在離子注入后的樣片上再進(jìn) 行Ar離子注入，該離子注入能量為8.0kev,劑量為2.2xl01Gcm-2。
步驟3,將離子注入后的樣片置于溫度為1050i5"C氧化爐中，干 氧氧化一層厚度為35nm的Si02薄層。
步驟4，將氧化后的樣片置于溫度為1200士1(TC的Ar氣環(huán)境中進(jìn) 行30min的退火；接著將退火后的樣片置于溫度為950士5"C濕氧環(huán)境 中進(jìn)行2h的濕氧氧化退火；最后將退火后的樣片在Ar氣環(huán)境中以 5°C/min的速率冷卻。
步驟5，采用LPCVD在冷處理后的氧化層上淀積一層厚度為 95nm的Si02;再將淀積后的樣片置于溫度為1000WC的Ar氣環(huán)境 中退火20min。
步驟6,對(duì)冷處理后的樣片上采用橫向結(jié)構(gòu)方法，通過(guò)濺射制作 電極，大電極的直徑為900um，小電極的直徑為200um，兩電極的距 離為lmm;再將濺射電極后的樣片置于溫度為400士5'C的Ar氣環(huán)境 中退火30min，完成低偏移平帶電壓SiCMOS電容制作。
上述三個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，顯然任何人均可 按照本發(fā)明的構(gòu)思和方案作出變更，但這些均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低偏移平帶電壓SiC MOS電容制作方法，包括如下步驟(1)對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行清洗處理；(2)在清洗處理后的SiC外延層中，先離子注入能量為2.5～4.8kev，劑量為2.0×1012～3.2×1012cm-2的N+；再離子注入能量為3.5～8.0kev，劑量為1.2×1010～2.2×1010cm-2的Al-；(3)在離子注入后的外延層上干氧氧化一層厚度為20nm～35nm的SiO2；(4)在氧化后的樣片上，依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；(5)采用化學(xué)氣相淀積在冷處理后的樣片上，先淀積一層35nm～95nm厚的SiO2，再在溫度為1000±5℃的Ar氣環(huán)境中退火20min；(6)將退火后的SiO2層上，使用光刻版真空濺射Al制作電極，并在溫度是400±5℃的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成電容器件制作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的SiCMOS電容制作方法，其中步驟(4) 所述的在Ar氣環(huán)境中退火，其工藝條件是退火溫度為1200±10°C， 退火時(shí)間為30min。
3 .根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiC MOS電容制作方法，其中步驟(4) 所述的在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火，其工藝條件是退火溫度為 950士5。C，退火時(shí)間為3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的SiCMOS電容制作方法，其中步驟(4) 所述的在Ar氣環(huán)境中的冷處理，是按照5°C/min的速率冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種MOS電容的制作方法，主要解決SiC/SiO₂界面陷阱密度過(guò)高的問(wèn)題。其制作過(guò)程是對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行清洗處理；離子注入N⁺到SiC外延層中后，再將Al^-注入到外延層中；在離子注入后的外延層上干氧氧化一層SiO₂；將氧化后的樣片依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；采用化學(xué)氣相淀積在冷處理后的樣片上，再淀積一層SiO₂后，并在Ar氣環(huán)境中第一次退火；通過(guò)真空濺射Al制作電極，并在Ar氣環(huán)境中第二次退火，完成整個(gè)電容的制作。本發(fā)明具有精確控制N⁺\Al^-劑量，SiC/SiO₂界面陷阱密度低，MOS電容平帶電壓偏移小，且實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可用于對(duì)N型SiC MOS器件SiC/SiO₂界面特性的改善。
文檔編號(hào)H01L21/316GK101540280SQ20091002201
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者睿 張, 張義門(mén), 張玉明, 張甲陽(yáng), 王德龍, 萍 程, 輝 郭 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)