改善SiC/SiO2界面粗糙度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種改善SiC/Si02界面粗糙度的方法，以減小SiC/Si02界面經(jīng)過高溫退火之后的粗糙度，降低高壓下柵介質(zhì)層內(nèi)的局部電場強(qiáng)度，改善柵介質(zhì)層的可靠性，從而提高其在高溫、大功率應(yīng)用時(shí)的可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC具有獨(dú)特的物理、化學(xué)及電學(xué)特性，是在高溫、高頻、大功率及抗輻射等極端應(yīng)用領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體材料。SiC功率MOSFET的最佳工作狀態(tài)與柵介質(zhì)絕緣層界面特性及體特性緊密相關(guān)。眾所周知SiC材料表面因經(jīng)歷離子注入高溫退火所產(chǎn)生的“st印bunching”會(huì)使SiC/Si02W面形貌發(fā)生極大的退變而嚴(yán)重影響MOSFET的反型層迀移率，大多數(shù)情況下小于1cmVV.s的反型層迀移率則是因?yàn)楸砻娲植诙纫鸬?，并且?huì)導(dǎo)致功率器件導(dǎo)通電阻增大。為了改善界面粗糙度，目前行業(yè)內(nèi)采用了很多方法，如AlN或者石墨烯掩膜以及化學(xué)機(jī)械拋光再進(jìn)行高溫離子注入退火，但是在降低表面粗糙度的同時(shí)對器件特性產(chǎn)生了很大的影響并且產(chǎn)生很多完全相反的結(jié)論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對上述工藝的不足，提出一種改善SiCVS12W面粗糙度的方法，利用光刻膠形成高溫退火過程中的碳保護(hù)膜，以改善3冗/5102因高溫退火所帶來的表面粗糙度，提高SiC MISFET器件在高溫、大功率應(yīng)用時(shí)的可靠性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]一種改善SiC/Si02界面粗糙度的方法，該方法包括以下步驟:
[0006]Al、基片表面清洗:對N-/N+型SiC外延片的表面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)濕法工藝清洗；
[0007]A2、表面碳保護(hù)膜的形成:在SiC外延片表面形成碳保護(hù)膜；
[0008]A3、高溫退火:對表面形成碳保護(hù)膜的SiC外延片進(jìn)行1600°C的高溫離子注入退火；
[0009]A4、表面碳膜的去除:對進(jìn)行過高溫離子注入退火之后的SiC外延片進(jìn)行表面碳膜的去除；
[0010]A5、柵介質(zhì)層生長:將去除了表面碳膜的SiC外延片進(jìn)行大面積HF酸清洗，然后進(jìn)行S1JI介質(zhì)層的生長；
[0011]A6、底部襯底電極的形成:對進(jìn)行了 S12柵介質(zhì)層的SiC外延片進(jìn)行底部襯底電極的生長，并進(jìn)行電極退火；
[0012]A7、柵電極的形成:對進(jìn)行了襯底電極退火的SiC外延片進(jìn)行柵電極的形成。
[0013]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A2的具體工藝步驟為:
[0014]A21、在N-/N+SiC外延片表面涂光刻膠、甩膠，放入烤箱中90°C下前烘I分鐘；
[0015]A22、將進(jìn)行前烘的SiC外延片放入高溫退火爐中，在600°C下保持30分鐘，進(jìn)行碳化；
[0016]A23、對進(jìn)行過碳化的SiC外延片進(jìn)行降溫。
[0017]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A3的具體工藝步驟為:
[0018]A31、將表面進(jìn)行了碳化的SiC外延片置于高溫退火爐中，將有碳膜的一面朝下，抽真空到KT7Torr，充Ar氣，逐步升溫到1600°C，在1600°C停留30分鐘，進(jìn)行高溫離子注入退火；
[0019]A32、高溫退火爐降溫到常溫，將SiC外延片從高溫退火爐中拿出。
[0020]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A4的具體工藝步驟為:
[0021]A41、將進(jìn)行了高溫離子注入退火的SiC外延片放入RIE反應(yīng)室中，帶有碳膜的一面朝上，關(guān)上反應(yīng)室閥門，打開N2_門到1/4，通160秒，然后關(guān)掉氮?dú)忾y門；
[0022]A42、對帶有碳膜的SiC外延片進(jìn)行了 60秒的隊(duì)沖洗之后，打開油泵，等到油泵的聲音變大并且變得穩(wěn)定的時(shí)候完全打開油泵閥門，等到泵穩(wěn)定20-30分鐘；
[0023]A43、打開氧氣閥門，直到腔室里面的壓力達(dá)到9_12mT ；
[0024]A44、打開冷卻系統(tǒng)，調(diào)節(jié)氧氣流量到47sccm ；
[0025]A45、打開射頻網(wǎng)絡(luò)適配器，計(jì)時(shí)90分鐘去掉SiC外延片表面的碳膜；
[0026]A46、關(guān)掉網(wǎng)絡(luò)適配器電源，關(guān)掉O2;
[0027]A47、將系統(tǒng)降壓到常壓，關(guān)掉冷卻系統(tǒng)，對RIE反應(yīng)室里面充隊(duì)直到反應(yīng)室門可以打開，取出SiC外延片。
[0028]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A5的具體工藝步驟為:
[0029]A51、對去除了表面碳膜的SiC外延片進(jìn)行HF酸清洗；
[0030]A52、將進(jìn)行過HF酸清洗的SiC外延片放入高溫氧化爐中，1180°C時(shí)，通入純氧氣，在干氧條件下氧化SiC外延片正面10小時(shí)，生成厚度為51nm的S12氧化膜；
[0031]A53、對生長的氧化膜進(jìn)行氮化:對生長的S12氧化膜進(jìn)行1175°C下2小時(shí)的NO退火。
[0032]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A6的具體工藝步驟為:
[0033]A61、把已經(jīng)形成柵介質(zhì)S1JA SiC外延片放入電子束蒸發(fā)室中；
[0034]A62、在SiC外延片背面上蒸發(fā)厚度為20nm的Ni和240nm的Au兩種金屬作為襯底接觸金屬；
[0035]A63、將進(jìn)行了襯底電極制作的SiC外延片置于退火爐中在950°C下合金退火30分鐘。
[0036]作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A7的具體工藝步驟為:
[0037]A71、在進(jìn)行了襯底電極淀積的SiC外延片表面涂剝離膠，甩膠；
[0038]A72、在涂完剝離膠的SiC外延片表面涂光刻膠，甩膠，利用柵版光刻出柵金屬區(qū)域；
[0039]A73、在刻出柵接觸孔的SiC外延片表面上蒸發(fā)厚度為20nm/240nm的Ni/Au作為柵接觸金屬；
[0040]A74、利用剝離方法形成柵圖形。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0042]本發(fā)明通過在高溫下對光刻膠加熱形成碳膜，相比較其它工藝方法，簡單而且實(shí)用價(jià)值高，能有效的減小SiC/Si02表面粗糙度，改善表面的平整度，減小在高柵壓下的局部柵電場強(qiáng)度，提高柵介質(zhì)層的可靠性。
【附圖說明】
[0043]圖1是本發(fā)明的制備流程圖；
[0044]圖2是SiC外延片經(jīng)過1650°C退火沒碳膜保護(hù)下AFM的測試結(jié)果示意圖；
[0045]圖3是SiC外延片經(jīng)過1650°C退火有碳膜保護(hù)下AFM的測試結(jié)果示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合具體的實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0047]實(shí)施例1
[0048]參照圖1，本實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0049]步驟I，采用標(biāo)準(zhǔn)清洗方法RCA對4H-SiC N-/N+型SiC外延片進(jìn)行表面清洗:
[0050](Ia)將4H-SiC N-/N+型SiC外延片依次浸在丙酮、無水乙醇中各5min，再用去離子水沖洗，以去除SiC外延片表面的油脂；
[0051](Ib)將第一次清洗后的SiC外延片置于H2SO4: H2O2= I: K體積比)的溶液中浸泡15min，4304的濃度為98%，H2O2的濃度為27%，然后用去離子水沖洗；
[0052](Ic)將第二次清洗后的SiC外延片置于HF: H2O = I: 10(體積比)的溶液中浸泡Imin以漂去自然氧化層，HF酸的濃度為40%，并用去離子水沖洗；
[0053](Id)將第三次清洗后的SiC外延片浸在NH4OH: H2O2: DIff = 3: 3: 10(體積比)的溶液中煮沸，NH4OH的濃度為28%，H2O2的濃度為27%，再用去離子水沖洗；
[0054](Ie)將第四次清洗后的SiC外延片置于HF: H2O = I: 10(體積比)的溶液中浸泡30s，HF酸的濃度為40%，并用去離子水沖洗；
[0055](If)將第五次清洗后的SiC外延片在HCl: H2O2: DIff = 3: 3: 10(體積比)的溶液中煮沸，HCl的濃度為10%，H2O2的濃度為27%，用去離子水沖洗；
[0056](Ig)將第六次清洗后的SiC外延片在HF: H2O = I: 10 (體積比)的溶液中浸泡30s，并用去離子水沖洗，HF酸的濃度為40%，最后用N2槍吹干；
[0057]步驟2，在N_/N+SiC外延片正面制作高溫離子注入退火碳保護(hù)膜:
[0058](2a)在除掉表面S1JI擋層的SiC外延片表面涂光刻膠；
[0059](2b)甩膠，放入烤箱中90°C下前烘I分鐘；
[0060](2c)將進(jìn)行前烘過的SiC外延片放入高溫退火爐中，碳面朝上；
[0061](2d)抽真空2小時(shí)，壓力達(dá)到4?5E-7Torr