[发明专利]一种改善SiC器件界面特征的方法及SiC器件

说明书

本发明公开一种改善SiC器件界面特征的方法及SiC器件，方法包括：在SiC衬底上形成氧化层；对形成氧化层后的SiC衬底进行紫外辐照，并在辐照的过程中，采用含N元素的气体对所述SiC衬底进行高温退火，其中，紫外辐照能打断SiC与氧化层的界面缺陷的化学键，并且在紫外辐照的协助下能使N元素与界面C原子的反应更易进行，使钝化效果更彻底；在退火后的SiC衬底上完成SiC器件制备。本发明提供一种改善SiC器件界面特征的方法及SiC器件，减少了SiC器件的界面缺陷，提高了器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种改善SiC器件界面特征的方法及SiC器件。

背景技术

随着新型能源的发展和世界用电量的不断提升，Si功率器件已不能满足高耐压及高效率的电力转换。第三代宽禁带半导体由于其优秀的性能，在电力电子中将起到重要的作用，而SiC器件由于其更宽的禁带宽度，更大的临界击穿场强，更好的导热性能，在高压高功率应用中有着不可替代的作用。

SiC可以热生长出本征的SiO₂氧化层，在第三代半导体中有着独特的优势。但由于化合物半导体由两种元素组成，这使得氧化工艺过程中，化学变化过程变得更加复杂，尤其在界面处，半导体本身存在的C原子可能在界面处堆积，同时，C原子也有可能参与Si的氧化过程中，产生更多的缺陷，降低氧化层的质量。在界面处氧化层一侧，一般存在两种过渡层，一种是成分主导的过渡层，由于氧化不完全导致的氧原子不足，原子的化学键没有完全成键，能够捕获载流子，形成载流子陷阱；另一种是晶格不匹配主导的过渡层，晶格的不匹配产生应力，使Si-O键的键长及键角发生变化，影响界面处氧化层的电学性质，降低氧化层的质量及寿命。

可见，相比Si器件，SiC器件在界面处存在更多的缺陷，其数量可多出两个数量级，严重影响了器件的性能及氧化层寿命。SiC器件界面缺陷主要由以下构成：

1.近界面缺陷

近界面缺陷是SiC-SiO₂界面态高的重要原因之一，主要分布在距离 SiC-SiO₂界面附近的氧化层内。它分布在导带底很近的范围内，很容易对沟道内的载流子进行捕获，降低沟道的迁移率。

2.C团簇

在氧化过程中，SiC-SiO₂界面处的O原子浓度很低，C元素并不能够充分发生反应而变成气体脱离界面，这导致大量的C原子在界面处堆积，进而形成 C团簇。C团簇根据尺寸的不同，其在SiC禁带内引入的能级深度而不同。C 团簇的存在形式很可能是石墨结构，一般的氧化和退火方法不能将它有效的去除。

3.悬挂键

由于SiC与SiO₂的晶格不匹配，SiC-SiO₂界面会存在悬挂键。悬挂键能够捕获载流子，作为一种陷阱存在，对沟道的电学性质进行影响。在SiC器件中，除了Si悬挂键，C也能形成悬挂键。在Si器件中，H₂退火能够减少界面Si 引起的悬挂键，但在SiC器件中，C悬挂键数量不能通过H₂退火有效减少。

SiC器件中，界面处的缺陷降低了器件的性能及氧化层可靠性。界面缺陷在界面处会作为陷阱出现，能够捕获来自沟道的载流子。一方面，载流子被捕获，降低了沟道内的多数载流子数量，减少了形成电流的电荷；另一方面，被捕获的载流子作为相对固定的电荷，与其他自由载流子发生库伦散射，降低沟道的迁移率，以及增加了沟道电阻，使器件的功耗上升。氧化层较为深层的陷阱捕获载流子后，需要长时间对载流子进行释放，载流子可以看作固定电荷，大量的固定电荷在界面处聚集，形成的电场会对器件的阈值电压进行影响，一般会使阈值电压降低，从而使关态的漏电流增加，或者使器件更容易受到电磁干扰，导致器件错误导通或关断。除此之外，界面的被捕获的电荷能够使局部电场极大升高，导致局域发生击穿，反复的击穿在氧化层内形成栅极-沟道导电通路，发生击穿，使器件失效。