[发明专利]提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺

说明书

本发明属于SiC半导体器件制作及可靠性技术领域，一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，包括以下步骤：(1)采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，(2)SiC晶片氧化，(3)对步骤2制备的样品在含氧元素气氛下进行氧化后退火处理，(4)对步骤3处理后的样品在含氯元素气氛下进行氧化后退火处理，(5)对步骤4处理后的样品进行涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入形成源区和漏区，(6)完成SiC MOSFET的制作。本发明通过分两步在界面中分别引入氧元素和氯元素，既可以有效消除SiC/SiO₂界面附近陷阱，又可以通过氯元素固定SiO₂薄膜中的可动离子，从而有效提升SiC MOSFET器件的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，属于SiC半导体器件制作及可靠性技术领域。

背景技术

SiC由于其拥有明显高于Si，Ge(第一代半导体)和GaAs(第二代半导体)的禁带宽度，被研究人员称之为第三代半导体。由于其较大的禁带宽度，SiC拥有第一，二代半导体难以比拟的物理特性，如高临界电场，高电子饱和漂移速率以及高热导率。这使得SiC材料有潜力在高温高压大功率领域取代即将到达物理极限的Si材料。但是，由热氧化制备的SiCMOSFET却在沟道迁移率和阈值电压稳定性上远逊于Si基MOSFET。这是因为在热氧化的过程中，SiC/SiO₂界面附近形成了极多的缺陷，这些缺陷会成为载流子陷阱和电负中心，通过俘获或散射沟道中的载流子来劣化SiC MOSFET的沟道迁移率以及阈值电压稳定性。除此之外，在高温条件下，SiO₂膜中包含的可动离子，如Na和H，会随着电场的施加在SiO₂膜中移动，从而影响SiC MOSFET阈值电压的稳定性。因此，通过工艺方法消除界面附近陷阱，固定SiO₂膜中的可动离子就能够整体提升SiC MOSFET的沟道迁移率和阈值电压稳定性。

在消除界面陷阱等方面，朱巧智等人先后尝试了氮等离子体和氮氢混合等离子体处理显著地降低了界面陷阱密度(博士论文：SiO₂/SiC界面过渡区及其等离子体钝化工艺研究)。孙雨浓等人也利用了氮氢混合等离子体处理来提升SiC MOS电容的平带电压稳定性(硕士论文：SiC MOS电容近界面氧化层陷阱的等离子体钝化及电压稳定性研究)。但是上述方法都可能会导致SiO₂膜绝缘特性的劣化，并在界面附近引入快速陷阱。

为了解决由外来元素导致的器件劣化，王德君等人在专利[公开号：CN110571140A]上，利用氧元素有效消除了近界面陷阱，该方法可以有效避免对SiO₂膜绝缘特性的劣化。但上述方法都是聚焦于处理SiC/SiO₂界面附近的陷阱，其对SiO₂膜中的可动离子没有明显的抑制作用。因此，王德君等人在专利[公开号：CN109003895A]中又开发了氮，氢和氯等离子体氧化后退火工艺，通过引入氯元素有效的抑制了可动离子。但是，这种方法依旧会对SiO₂膜的绝缘特性造成劣化。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺。该工艺采用了在含氧元素气氛下和含氯元素气氛下进行两步氧化后退火处理，不仅有效地消除SiC/SiO₂界面附近陷阱，而且又可以通过氯元素固定SiO₂薄膜中的可动离子，从而提升了SiC MOSFET器件的稳定性和可靠性。

为了实现上述发明目的，解决现有技术存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，包括以下步骤：

步骤1、采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，具体包括以下子步骤：