用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法
【專利摘要】一種用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，包括：將一SiC襯底清洗；將一AlN薄膜沉積到清洗后的SiC襯底上；將AlN薄膜氧化為AlxOyNz薄膜，通過氧化工藝控制，選擇將AlN薄膜完全氧化成AlxOyNz薄膜，或者部分氧化成AlxOyNz薄膜，形成AlN/AlxOyNz一種柵介質(zhì)層；將一Al2O3薄膜淀積到AlxOyNz薄膜上，形成AlxOyNz/Al2O3和AlN/AlxOyNz/Al2O3兩種疊柵介質(zhì)層；對得到的三種疊柵介質(zhì)層進(jìn)行氬氣退火然后冷卻；在退火后的三種疊柵介質(zhì)層上濺射或蒸鍍金屬電極，形成MOS器件結(jié)構(gòu)，完成制備。本發(fā)明制備的柵介質(zhì)薄膜，具有介電常數(shù)高、界面態(tài)密度低和載流子遷移率高等缺點(diǎn)。
【專利說明】用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種介質(zhì)層薄膜，尤其是涉及一種用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅(SiC)是一種優(yōu)異性能的寬禁帶半導(dǎo)體，不但具有禁帶寬、熱導(dǎo)率高、擊穿場強(qiáng)高、飽和電子漂移速率高等特點(diǎn)，而且還具有極好的物理及化學(xué)穩(wěn)定性、極強(qiáng)的抗輻照能力和機(jī)械強(qiáng)度等。因此，SiC可用于研制高溫、大功率、高頻功率器件。
[0003]盡管如此，SiC基MOS功率器件在柵介質(zhì)層可靠性、電子遷移率等方面遇到了較大挑戰(zhàn)，其中主要的原因是，熱氧化SiC襯底而形成的SiO2層的介電常數(shù)和SiC相比較低，使得Si02內(nèi)部的場強(qiáng)比SiC襯底高，常常導(dǎo)致SiO2比SiC先被擊穿，顯示不出SiC材料的優(yōu)越性。其次、SiO2與SiC襯底之間有較多的界面態(tài)，界面態(tài)對載流子的散射導(dǎo)致MOS器件溝道的載流子遷移率比SiC體材料低一個(gè)數(shù)量級，這就需要尋找新的合適的介質(zhì)層，取代SiO2以提高4H-SiC基MOSFET器件的電子遷移率及可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，其是針對目前SiC基MOS器件柵介質(zhì)層存在介電常數(shù)低、界面態(tài)密度高和載流子遷移率低等缺點(diǎn)，提供一種具有高介電常數(shù)、高臨界電場以及與SiC界面態(tài)密度低的主要用于MOS器件的柵介質(zhì)薄膜及其制備方法。
[0005]本發(fā)明提供一種用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)將一 SiC襯底清洗；
[0007](2)利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積的方法，將一 AlN薄膜沉積到清洗后的SiC襯底上；
[0008](3)通過氧化和/或氧氣退火的方法，將AlN薄膜氧化為AlxOyNz薄膜，其中x、y、z為化學(xué)計(jì)量比，通過氧化工藝控制，選擇將AlN薄膜完全氧化成AlxOyNz薄膜，或者部分氧化成AlxOyNz薄膜，形成AlN/Alx0yNz —種柵介質(zhì)層；
[0009](4)利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積的方法，將一Al2O3薄膜淀積到AlxOyNz薄膜上，形成AlxOyNzAl2O3和AlN/Alx0yNz/Al203兩種疊柵介質(zhì)層；
[0010](5)對所述步驟(3)和(4)得到的三種疊柵介質(zhì)層進(jìn)行氬氣退火然后冷卻；
[0011](6)在退火后的三種疊柵介質(zhì)層上濺射或蒸鍍金屬電極，形成MOS器件結(jié)構(gòu)，完成制備。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于，其中AlN/Alx0yNz、Alx0yNz/Al203 和 AlN/Alx0yNz/Al203 三種疊柵介質(zhì)層的作用如下:
[0013](I)由于AlN、Alx0yNz與SiC晶格常數(shù)匹配度高，可以降低SiC基MOSFET器件介質(zhì)層與碳化硅間的界面態(tài)密度，從而降低對載流子輸運(yùn)的散射，提高載流子遷移率。[0014](2)41隊(duì)41!￡0具和么1203三種材料的介電常數(shù)與5丨02相比較高，可以緩解電場過于集中在柵氧化層，同時(shí)上述三種材料的臨界電場與SiO2相似，所以可以提高SiC基MOS器件的抗擊穿能力和穩(wěn)定性。
[0015](3)A1N、AlxOyNz和Al2O3薄膜的沉積速率比熱氧化SiC得到SiO2要高，因此，可以提高器件的制備效率，降低成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中:
[0017]圖1是本發(fā)明的器件制備流程圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的器件制備結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
[0020]參照圖1并結(jié)合參閱圖2，本發(fā)明提供一種用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0021](1)對SiC襯底10樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗:
[0022]a.依次用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗3遍，再用去離子水沖洗。
[0023]b.將沖洗后的襯底放入稀釋的氫氟酸(按體積比氟化氫:去離子水=1: 3)內(nèi)浸泡 Imin。
[0024]c.將浸泡氫氟酸后的襯底放入濃硫酸煮IOmin。
[0025]d.將煮過濃硫酸的襯底依次用一號液和二號液煮ISmin，再用去離子水沖洗干凈后用氮?dú)獯蹈纱?，一號液為氨水、過氧化氫和去離子水的混合液，按體積比氨水:過氧化氫:去離子水=1: 2: 5，二號液為鹽酸、過氧化氫和去離子水的混合液，按體積比鹽酸:過氧化氫:去離子水=1: 2: 5。
[0026](2)利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法，將一 AlN薄膜11沉積到清洗后的SiC襯底10上(參閱圖2)，由于AlN薄膜11與SiC晶格常數(shù)接近，晶格匹配度較好，可形成質(zhì)量較高的AlN/SiC界面。所述的AlN薄膜11的厚度為40nm，該AlN薄膜11的生長溫度為 1200°C ；
[0027](3)通過高溫氧化的方法，將AlN薄膜11氧化為AlxOyNz薄膜11’，其中x、y、z為化學(xué)計(jì)量比，通過氧化速率和氧化時(shí)間控制，將上層30nmAlN薄膜11氧化成AlxOyNz薄膜11’，該薄膜是比AlN薄膜11更為穩(wěn)定的薄膜，起到保護(hù)AlN薄膜11的作用。形成AlN/Alx0yNz柵介質(zhì)層，所述的高溫氧化的方法，該高溫的溫度為1200°C ；
[0028](4)利用原子層沉積的方法，將Al2O3薄膜12淀積到AlxOyNz薄膜11’ (參閱圖2)上，Al2O3薄膜12的鈍化性能較好，并且介電常數(shù)與AlN薄膜11和AlxOyNz薄膜11’接近，可以起到鈍化層的作用。所述Al2O3薄膜12厚度為10nm，形成AlN/Alx0yNz/Al203疊柵介質(zhì)層；
[0029](5)對所述步驟(3)和(4)得到的AlN/AlxOyNz和AlN/Alx0yNz/Al203兩種疊柵介質(zhì)層進(jìn)行氬氣退火然后冷卻，起到對介質(zhì)層增密的作用。所述的氬氣退火的溫度為500°C ；
[0030](6)在退火后的兩種疊柵介質(zhì)層以及SiC襯底10底部蒸鍍Ti/Au金屬電極13，形成MOS器件結(jié)構(gòu)，完成制備。
[0031]實(shí)施例2
[0032] 參照圖1并結(jié)合參閱圖2，本發(fā)明提供一種用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0033]其中步驟(1)和(2)同實(shí)施例1 ；
[0034]步驟(3)通過氧化的方法，將AlN薄膜11氧化為AlxOyNz薄膜11’，其中x、y、z為化學(xué)計(jì)量比，通過氧化速率和氧化時(shí)間控制，將AlN薄膜11完全氧化成AlxOyNz薄膜11’，該薄膜是比AlN薄膜11更為穩(wěn)定的薄膜，可以起到降低界面態(tài)的作用；所述的氧化溫度為1200 0C ；
[0035]步驟(4)利用原子層沉積將IOnm的Al2O3薄膜12淀積到AlxC^Nz薄膜11’上，A1203薄膜12的鈍化性能較好，并且介電常數(shù)與AlN薄膜11和AlxC^Nz薄膜11’接近，可以起到鈍化層的作用。所述Al2O3薄膜12厚度為10nm，形成AlxOyNzAl2O3疊柵介質(zhì)層。
[0036]步驟(5)和(6)同實(shí)施例1。
[0037]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，包括以下步驟: (1)將一SiC襯底清洗； (2)利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積的方法，將一AlN薄膜沉積到清洗后的SiC襯底上； (3)通過氧化和/或氧氣退火的方法，將AlN薄膜氧化為AlxOyNz薄膜，其中X、y、z為化學(xué)計(jì)量比，通過氧化工藝控制，選擇將AlN薄膜完全氧化成AlxOyNz薄膜，或者部分氧化成AlxOyNz薄膜，形成AlN/Alx0yNz —種柵介質(zhì)層； (4)利用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積的方法，將一Al2O3薄膜淀積到AlxOyNz薄膜上，形成AlxOyNzAl2O3和AlN/Alx0yNz/Al203兩種疊柵介質(zhì)層； (5)對所述步驟(3)和(4)得到的三種疊柵介質(zhì)層進(jìn)行氬氣退火然后冷卻； (6)在退火后的三種疊柵介質(zhì)層上濺射或蒸鍍金屬電極，形成MOS器件結(jié)構(gòu)，完成制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，其中所述的AlN薄膜的厚度為l-100nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，其中所述的退火的氬氣溫度為400-500°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，其中AlN薄膜的生長溫度為800-1200°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，其中步驟(3)所述的氧化溫度為800-1200°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于SiC基MOS器件柵介質(zhì)薄膜的制備方法，其中步驟(3)所述的氧氣退火的溫度為800-1200°C。
【文檔編號】H01L29/51GK103887163SQ201410132967
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】張峰, 趙萬順, 王雷, 劉興昉, 孫國勝, 曾一平 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所