[发明专利]SiC器件栅介质层及SiC器件结构的制备方法

说明书

本发明提供一种SiC器件栅介质层及SiC器件结构的制备方法，栅介质层的制备方法包括：提供一SiC基材，并将SiC基材置于ALD反应腔室中；将ALD反应腔室升温至适于后续所要形成的栅介质层生长的温度；采用ALD工艺于SiC基材表面形成栅介质层。通过上述技术方案，本发明的栅介质层在生长过程中，未消耗SiC外延片中的Si原子从而避免了栅介质薄膜与SiC界面处C族聚集的现象，提高了界面特性；本发明利用ALD技术形成栅介质层，热预算低，简化器件制备工艺过程；本发明的利用ALD技术形成的栅介质层临界击穿强度高，漏电小，具有较高的介电常数，可大幅降低引入栅介质薄膜中的电场强度，避免栅介质击穿。

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，特别是涉及一种SiC器件栅介质层的制备方法以及SiC器件结构的制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)材料作为第三代宽带隙半导体材料，具有高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移速率等特点，尤其是高温或强腐蚀性等恶劣环境中具有巨大的应用潜力，适合制作高温、高频、大功率以及抗辐射器件。新一代SiC电力电子器件产业发展需求紧迫，将直接影响我国电力电子设备与系统产业的升级，迫切需要开展SiC电力电子器件产业的布局，以避免西方出现基于SiC电力电子器件的高性能大容量电力电子装备时，我国一时无法应对的尴尬局面。但是，我国核心的电力电子器件国产化较低，SiC电力电子器件尚处于原型研制、试制阶段，SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)研究更是刚刚起步，SiC绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率器件目前还没有相关的报道，严重制约了我国SiC电力电子器件产业化进程。

目前，在SiC MOSFET功率器件中，栅介质材料普遍采用二氧化硅(SiO₂)，通常，在SiC外延片上制备SiO₂栅介质层采用热生长方法，然而，由于SiO₂与SiC材料晶格不匹配、SiC表面SiO₂热生长预算远远高于Si，导致其生长速度缓慢。此外，SiC/SiO₂界面处有大量的C族缺陷存在，并不能发挥类似于Si/SiO₂界面的优势，即，界面处类受主缺陷密度高达10¹²～10¹³eV^-1cm^-2，造成SiC功率器件的反型沟道中载流子迁移率极低，降低器件性能。SiO₂薄膜相对于SiC材料具有较低的介电常数(k_SiO2＝3.9；k_SiC＝10)，根据高斯定理可知，在高温高电场时SiO₂薄膜作为栅介质时，SiO₂薄膜中较高的电场强度会导致其发生不可逆的击穿损坏，导致器件失效。

因此，如何提供一种栅介质层的制备方法及基于其的器件结构以解决栅介质层的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SiC器件栅介质层及SiC器件结构的制备方法，用于解决现有技术中栅介质层的热预算高及临界击穿强度低、漏电大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种SiC器件栅介质层的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一SiC基材，并将所述SiC基材置于ALD反应腔室中；

2)将所述ALD反应腔室升温至适于后续所要形成的栅介质层生长的温度；

3)采用ALD工艺于所述SiC基材表面形成所述栅介质层。

作为本发明的一种优选方案，还包括步骤4)，采用第一等离子体对所述栅介质层表面进行等离子体后处理。

作为本发明的一种优选方案，所述第一等离子体为氧等离子体，进行所述等离子体后处理的步骤包括：

4-1)向所述ALD反应腔室中通入含氧气体和载气；