[发明专利]一种新型的含氯元素的碳化硅氧化工艺在审
| 申请号： | 202110345583.1 | 申请日： | 2021-03-31 |
| 公开（公告）号： | CN113113288A | 公开（公告）日： | 2021-07-13 |
| 发明（设计）人： | 王德君;尉升升;尹志鹏;秦福文;于洪权;刘兆慧 | 申请（专利权）人： | 大连理工大学 |
| 主分类号： | H01L21/02 | 分类号： | H01L21/02 |
| 代理公司： | 大连星海专利事务所有限公司 21208 | 代理人： | 王树本;徐雪莲 |
| 地址： | 116024 辽*** | 国省代码： | 辽宁;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 新型 元素 碳化硅 氧化 工艺 | ||
本发明属于碳化硅MOSFET的栅氧化层制备及可靠性技术领域，一种新型的含氯元素的碳化硅氧化工艺，包括以下步骤：(1)采用RCA工艺对SiC衬底进行清洗，(2)将清洗过的碳化硅衬底在高温氧化炉中氧化制备SiO2氧化膜，(3)对步骤2的样品进行氧化后退火，(4)完成对SiC MOSFET器件的制备。本发明在传统氧化方法的基础上引入了氯元素，解决了热氧化生长的SiO2薄膜致密性和击穿特性差的问题，同时氯元素可以有效钝化氧化层中的可动离子和缺陷陷阱，一定程度上改善了MOS器件的电压稳定性和可靠性。
技术领域
本发明涉及一种新型的含氯元素的碳化硅氧化工艺，属于碳化硅MOSFET的栅氧化层制备及可靠性技术领域。
背景技术
碳化硅(SiC)MOSFET是一种基于宽带隙半导体的新型功率电子器件，它拥有更低的开关损耗、更快的转换频率、可以在高温高压等条件正常工作等优势，这使得其在航空、新能源汽车、电力传输、轨道交通等领域有着关键应用。近年来随着科技的迅速发展，SiCMOSFET器件已经走向市场，并且应用规模逐年攀升，这对电力电子领域的快速发展和满足人工智能的发展需求方面的贡献是不容忽视的。
在MOSFET的制备流程中，高质量的栅氧化层的制备和半导体/绝缘层界面特性的优化环节是十分关键的，这直接关系到器件的阈值电压稳定性和可靠性。相比于其他化合物半导体材料，SiC可以采用与Si工艺相同的高温热氧化法来生长SiO2氧化层，这使得其在MOSFET的制备环节有着独特的优势。目前SiC MOSFET器件栅氧化层的制备主要是在含氧气氛下高温热氧化，随后在氮族气氛下退火，但这依然无法从根本上同时解决栅氧化层致密性和击穿特性差、SiC/SiO2界面及近界面缺陷态密度较高的问题。较差的栅氧化层致密性和击穿特性会严重影响器件在正常工作下的可靠性和使用寿命，界面以及近界面缺陷对电荷的俘获会造成大幅度的阈值电压漂移现象，从而恶化器件的电压稳定性。尤其是在高温情况下，氧化层中大量的可动离子被激活，可动离子与界面陷阱对电荷的不同俘获和发射特性会导致载流子的传输更为复杂，进一步影响到器件的电压稳定性。
为了克服以上难题，在含Cl元素的气体氛围中进行氧化后高温退火可以提升界面质量和器件性能，邵锦文等人提出了一种SiC MOSFET栅氧化层在SiH2Cl2气氛下退火方法，有效提升了SiC MOSFET器件的反型沟道载流子迁移率(专利号：201811290893.2)。吴昊等人对碳化硅衬底在HCl氛围中高温退火，改善了碳化硅衬底表面形貌，减少碳化硅衬底与氧化层界面处杂质的引入，避免退火过程中引入新的杂质，减少氧化层中缺陷，提高氧化层质量(专利号：202010345960.7)。王德君科研组提出了氧化后H、N、Cl三元混合气氛中退火(专利号：CN201810796522.5)，钝化了栅氧化层中的可动离子，明显提升了SiC MOSFET器件的电压稳定性。此外，在硅工艺中，掺氯氧化技术可以有效改善二氧化硅膜的介电击穿特性,减少氧化层中碱类可动离子净电荷、降低Si/SiO2界面处的界面态密度。倪佩然提出采用滴水氧化结合三氯乙烯氧化处理明显地降低了氧化层净电荷密度值和界面态密度值,减少了氧化层中可动离子的浓度,抑制了氧化感生堆垛层错的生长(期刊：微电子学，1980(01))。范焕章提出用四氯化碳作为氯源的掺氯硅热氧化方法，显著减少了氧化层中有效电荷和界面缺陷态密度，改善了氧化层的击穿特性(期刊：华东师范大学学报(自然科学版)一九八一年第三期)。
上述工作是基于改善Si体系氧化或基于改善SiC体系的氧化后退火过程，王德君科研组推测掺氯热氧化技术在碳化硅氧化工艺当中也有着类似的效果，并且提出了一种新型的含氯元素的碳化硅氧化工艺，实验表明，含氯氧化工艺解决了热氧化生长的SiO2薄膜致密性和击穿特性差的问题，同时氯元素可以有效钝化氧化层中的可动离子和缺陷陷阱，一定程度上改善了MOS器件的电压稳定性和可靠性。
发明内容
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H01L21-02 .半导体器件或其部件的制造或处理
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