專利名稱：低偏移平帶電壓SiC MOS電容制備方法
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，具體的是有關(guān)SiC MOS電容的制作方法。
背景技術(shù)：
碳化硅是最近十幾年來迅速發(fā)展起來的寬禁帶半導(dǎo)體材料。它是寬禁帶半導(dǎo)體中唯一一種可以通過自然氧化生成SiO2的第三代半導(dǎo)體材料，與其它半導(dǎo)體材料相比，比如Si和GaAs，碳化硅材料具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和遷移率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)于SiC器件和エ藝的研究成為半導(dǎo)體器件領(lǐng)域里的熱點(diǎn)。SiC器件通常工作在高壓、高功率條件下，這要求氧化層的質(zhì)量比較好、道通電阻比較小、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，如何通過エ藝改進(jìn)來降低Si02/SiC的界面態(tài)密度一直是比較活躍的課題。按照現(xiàn)有的エ藝步驟所制造出來的SiC MOS電容器件，其Si02/SiC界面態(tài)密度高達(dá)IO14CnT2eV-1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SiCMOS電容器件的性能還達(dá)不到基于Si器件的性能。為解決這ー問題，P. T. Lai等人于2002年在IEEE electron device letters發(fā)表文章,他們采用NO、N2O做為氧化氣體進(jìn)行氧化層生長。采用這種エ藝雖然在一定程度上改善了 SiC MOS電容器件的界面特性，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)的缺點(diǎn)，提出一種低偏移平帶電壓SiC MOS電容的制作方法，以在保證平帶電壓偏移較小的條件下，降低MOS電容的界面態(tài)密度，提高器件的界面特性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟包括( I)對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗處理；(2)在清洗處理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法外延ー層flOnm厚的AlN薄層；(3)在經(jīng)過外延AlN處理的N-SiC外延材料上干氧氧化ー層厚度為l(Tl00nm的SiO2 ；(4)將氧化后的N-SiC外延材料依次完成在Ar氣環(huán)境中退火和冷處理；(5)對(duì)冷處理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空濺射Al制作電極，其中大電極的直徑為900 μ m,小電極的直徑為200 μ m,兩電極的距離為Imm ;再置于溫度為400±5°C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成低偏移平帶電壓SiC MOS電容的制作。所述步驟(2)利用分子束外延的方法外延AlN薄層的エ藝條件是襯底溫度為800±5°C。所述步驟(4)在Ar氣環(huán)境中進(jìn)行退火的エ藝條件是退火溫度為1200±10°C，退火時(shí)間為30min ;在Ar氣環(huán)境中進(jìn)行冷處理是按照5°C /min的速率冷卻。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明由于在氧化前引入了 N元素，在經(jīng)過退火后，N元素電離，并將在SiC/SiO2界面附近積聚，在界面和近界面處的N離子與未成鍵的Si、0原子形成NESi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)引入了 ΑΓ，氧化后會(huì)在Si02/SiC界面附近重新積聚，補(bǔ)償了N+引起的平帶電壓的平移，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??；(3)本發(fā)明由于采用干氧和淀積的方式生長氧化層，使得氧化層的生長速度得到提高，并經(jīng)過后序的氧化后退火，使得生長的氧化層質(zhì)量更好。


圖I是本發(fā)明的主要エ藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明給出以下制作SiC MOS電容的實(shí)施例。實(shí)施例I，包括如下步驟步驟I，對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗處理I. I)用去離子水超聲清洗N-SiC外延材料；I. 2)用濃硫酸進(jìn)行清洗，加熱至冒煙后煮lOmin，再浸泡30min后用去離子水沖洗表面數(shù)遍；I. 3)用比例為5 :1 :1的H2CKH2O2和氨水組成的I號(hào)混合液體在溫度為80°C下，對(duì)用去離子水沖洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶液清洗,并用去離子水進(jìn)行第二次沖洗表面數(shù)遍；I. 4)用比例為6 :1 :1的H2CKH2O2和HCl組成的2號(hào)混合液體在溫度為80°C下，對(duì)用去離子水進(jìn)行第二次沖洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，并用氟化氫溶液清洗，再用去離子水進(jìn)行第三次沖洗表面數(shù)遍，烘干。步驟2，在清洗處理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法，在襯底溫度為800±5°C的エ藝條件下,生長ー層5nm厚的AlN薄層。步驟3，將外延AlN后的N-SiC外延材料置于溫度為1050±5°C的氧化爐中，干氧氧化ー層厚度為IOnm的SiO2薄層,其氧化時(shí)間為30min。步驟4，將氧化后的N-SiC外延材料置于溫度為1200±10°C的Ar氣環(huán)境中進(jìn)行30min的退火，最后將退火后的N-SiC外延材料在Ar氣環(huán)境中以5°C /min的速率冷卻。步驟5，對(duì)冷處理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空濺射Al制作電極，其中大電極的直徑為900 μ m，小電極的直徑為200 μ m，兩電極的距離為Imm ;再置于溫度為400±5°C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成低偏移平帶電壓SiC MOS電容的制作。實(shí)施例2，包括如下步驟步驟I，對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗處理I. I)用去離子水超聲清洗N-SiC外延材料；
I. 2)用濃硫酸進(jìn)行清洗，加熱至冒煙后煮lOmin，再浸泡30min后用去離子水沖洗表面數(shù)遍；I. 3)用比例為5 :1 :1的H2CKH2O2和氨水組成的I號(hào)混合液體在溫度為80°C下，對(duì)用去離子水沖洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶液清洗,并用去離子水進(jìn)行第二次沖洗表面數(shù)遍；I. 4)用比例為6 :1 :1的H2CKH2O2和HCl組成的2號(hào)混合液體在溫度為80°C下，對(duì)用去離子水進(jìn)行第二次沖洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，并用氟化氫溶液清洗，再用去離子水進(jìn)行第三次沖洗表面數(shù)遍，烘干。步驟2，在清洗處理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法，在襯底溫度為800±5°C的エ藝條件下,生長ー層5nm厚的AlN薄層。步驟3，將外延AlN后的N-SiC外延材料置于溫度為1050±5°C的氧化爐中，干氧氧化ー層厚度為50nm的SiO2薄層,其氧化時(shí)間為3h。步驟4，將氧化后的N-SiC外延材料置于溫度為1200±10°C的Ar氣環(huán)境中進(jìn)行30min的退火，最后將退火后的N-SiC外延材料在Ar氣環(huán)境中以5°C /min的速率冷卻。步驟5，對(duì)冷處理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空濺射Al制作電極，其中大電極的直徑為900 μ m，小電極的直徑為200 μ m，兩電極的距離為Imm ;再置于溫度為400±5°C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成低偏移平帶電壓SiC MOS電容的制作。實(shí)施例3，包括如下步驟步驟I，對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗處理I. I)用去離子水超聲清洗N-SiC外延材料；I. 2)用濃硫酸進(jìn)行清洗，加熱至冒煙后煮lOmin，再浸泡30min后用去離子水沖洗表面數(shù)遍；I. 3)用比例為5 :1 :1的H2CKH2O2和氨水組成的I號(hào)混合液體在溫度為80°C下，對(duì)用去離子水沖洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶液清洗,并用去離子水進(jìn)行第二次沖洗表面數(shù)遍；I. 4)用比例為6 :1 :1的H2CKH2O2和HCl組成的2號(hào)混合液體在溫度為80°C下，對(duì)用去離子水進(jìn)行第二次沖洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，并用氟化氫溶液清洗，再用去離子水進(jìn)行第三次沖洗表面數(shù)遍，烘干。步驟2，在清洗處理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法，在襯底溫度為800±5°C的エ藝條件下，生長ー層IOnm厚的AlN薄層。步驟3，將外延AlN后的N-SiC外延材料置于溫度為1050±5°C的氧化爐中，干氧氧化ー層厚度為IOOnm的SiO2薄層,其氧化時(shí)間為6h。步驟4，將氧化后的N-SiC外延材料置于溫度為1200±10°C的Ar氣環(huán)境中進(jìn)行30min的退火，最后將退火后的N-SiC外延材料在Ar氣環(huán)境中以5°C /min的速率冷卻。步驟5，對(duì)冷處理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空濺射Al制作電極，其中大電極的直徑為900 μ m，小電極的直徑為200 μ m，兩電極的距離為Imm ;再置于溫度為400±5°C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成低偏移平帶電壓SiC MOS電容的制作。上述三個(gè)實(shí)施條例并不構(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)思和方案做出變更，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)行標(biāo)準(zhǔn)清洗處理； (2)在清洗處理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法外延一層fIOnm厚的AlN薄層； (3)在經(jīng)過外延AlN處理的N-SiC外延層上干氧氧化一層厚度為l(Tl00nm的Si02； (4)將氧化后的N-SiC外延材料依次完成在Ar氣環(huán)境中退火和冷處理； (5)對(duì)冷處理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空濺射Al制作電極，其中大電極的直徑為900 μ m,小電極的直徑為200 μ m,兩電極的距離為Imm ;再置于溫度為400±5°C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成低偏移平帶電壓SiC MOS電容的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SiCMOS電容的制作方法，其中步驟(2)所述的利用分子束外延的方法外延AlN薄層，其工藝條件是襯底溫度為800±5°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SiCMOS電容的制作方法，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SiCMOS電容的制作方法，其中步驟(4)所述的在Ar氣環(huán)境中進(jìn)行冷處理，是按照5°C /min的速率冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低偏移平帶電壓SiC MOS電容的制作方法，主要解決SiO2/SiC界面陷阱密度過高的問題。其制作過程是對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗處理；利用分子束外延的方法在清洗后的N-SiC外延材料上淀積一層1~10nm厚的AlN；在經(jīng)過外延AlN處理后的N-SiC外延材料上干氧氧化一層10~100nm厚的SiO2；將氧化后的N-SiC外延材料依次完成在Ar氣環(huán)境中退火和冷處理；在冷處理后的N-SiC外延材料上通過真空濺射Al制作電極，并在Ar氣環(huán)境中進(jìn)行第二次退火，完成整個(gè)SiC MOS電容的制作。本發(fā)明具有SiO2/SiC界面陷阱密度低，MOS電容平帶電壓偏移小，且工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可用于對(duì)SiC MOS電容SiO2/SiC界面特性的改善。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102842489SQ201210333010
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者湯曉燕, 多亞軍, 張玉明, 呂紅亮, 宋慶文 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)