專利名稱：一種制作SiC MOS電容的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件的制作，具體的說(shuō)是有關(guān)SiC MOS電容的制作方法。
背景技術(shù)：
SiC材料是寬禁帶半導(dǎo)體中唯一一種可以通過(guò)自然氧化生成Si02的第三代半導(dǎo)體材料。這種第三代半導(dǎo)體SiC比前兩代半導(dǎo)體具
有禁帶寬度寬、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率高的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)點(diǎn)可以使其在
高溫下工作更穩(wěn)定，并可以勝任大功率的應(yīng)用。因此，對(duì)于SiC器件
和工藝的研究成為半導(dǎo)體器件研究領(lǐng)域里的熱點(diǎn)。氧化層的質(zhì)量和其
界面特性是影響SiC器件電學(xué)性能的重要因素。SiC器件通常工作在
高壓、高功率條件下，這要求氧化層質(zhì)量比較好、導(dǎo)通電阻比較小、
有效遷移率比較高。而這些難題還一直在阻礙著SiC材料和器件的發(fā)展。目前，如何通過(guò)工藝改進(jìn)來(lái)降低SiC/Si02的界面態(tài)密度一直是
比較活躍的課題。
按照通常工藝步驟所制造出來(lái)的器件，其SiC/Si02界面態(tài)密度高達(dá)10"cm、V^量級(jí)，這種高密度的界面態(tài)將導(dǎo)致器件性能的嚴(yán)重惡化，甚至使基于SiC器件的性能還達(dá)不到基于Si器件的性能。為解決這一問(wèn)題，RT.Lai等人于2002年在正EE electron device letters發(fā)表文章，他們采用的工藝是對(duì)SiC/Si02界面進(jìn)行氮化處理，即采用NO、 N20作為氧化氣體進(jìn)行氧化層的生長(zhǎng)。采用這種工藝雖然在一定程度上改善了器件的界面特性，但是仍然存在無(wú)法精確控制含氮?dú)怏w劑量，界面態(tài)密度較高及工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種MOS電容的制作方法，以精確的控制N"的劑量，簡(jiǎn)化工藝流程，降低界面態(tài)密度，提高M(jìn)OS電容界面特性。
3為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟包括
(1) 對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行清洗處理，并在溫度為1050士5"C的條件下，干氧氧化一層厚度為10nm 25nm的Si02;
(2) 對(duì)氧化后的樣片，依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；
(3) 采用化學(xué)氣相淀積在冷處理后的樣片上再淀積一層25nm 85nm厚的Si02;
(4) 在Si02層上，先離子注入能量為8.5 28kev,劑量為7.2xl0^ 2.0xl0"cm—2的1ST到SiC/Si02界面，再在溫度為1000±5°C的Ar氣環(huán)境中退火20min;
(5) 將通過(guò)上述步驟得到的樣片，通過(guò)光刻版真空濺射Al制作電極，并在溫度為400士5。C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成電容器件的制作。
本發(fā)明由于在氧化后引入N"離子，在界面和近界面處的N離子與未成鍵的Si原子形成N三Si鍵、N^O鍵，減少了懸掛鍵，緩和了界面應(yīng)力，降低了近界面陷阱密度，改善了界面特性；同時(shí)由于采用離子注入的方式注入N"離子，實(shí)現(xiàn)了工藝上N"的精確可控，并實(shí)現(xiàn)了定量研究注入:NT離子與界面陷阱密度的可能，且保證與現(xiàn)有工藝很好的兼容；此外由于采用干氧和淀積的方式生長(zhǎng)氧化層，提高了氧化層生長(zhǎng)的速度，并經(jīng)過(guò)后序的濕氧氧化后退火，使得生長(zhǎng)的氧化層質(zhì)量更好。
測(cè)試表明，用本發(fā)明方法制作的MOS電容器，其界面陷阱密度達(dá)到了 10"eV"cm—2的量級(jí)，比現(xiàn)有的技術(shù)降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。


圖l是本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明給出以下制作SiCMOS電容的三種實(shí)施例。實(shí)施例l，包括如下步驟1.1用去離子水對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行超聲清洗；
1.2用濃硫酸進(jìn)行清洗所述的外延材料，并加熱至冒煙，煮10min后，浸泡30min;
1.3用去離子水沖洗所述外延材料表面數(shù)遍；
1.4用比例為5: h 1的H2(D、 &02和氨水組成的1號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，將所述外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶液清洗，最后用離子水沖洗表面數(shù)遍；
1.5用比例為6: 1: 1的H20、 H202和HC1組成的2號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，將所述外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶液清洗，最后用離子水沖洗表面數(shù)遍，用紅外燈烘干；
步驟2，干氧氧化Si02薄層。
將清洗處理后的N-SiC外延材料置于溫度為1050士5"C的氧化爐中，在干氧氣氛中氧化一層10nm的氧化層。步驟3，退火及冷處理。
3.1將氧化后N-SiC樣片在溫度為1150±10°C的Ar氣環(huán)境中進(jìn)行退火30min;
3.2將退火后的樣片在溫度為950士5'C的濕氧環(huán)境中進(jìn)行濕氧氧化退火30min;
3.3將退火后的樣片以3°C/min的速率在Ar氣環(huán)境中冷卻。步驟4，淀積Si02層。
采用LPCVD在冷處理后的樣片上淀積一層25nm厚的Si02。步驟5,離子注入及退火。
5.1在淀積Si02后的樣片上進(jìn)行能量為8.5kev，劑量為7.2xl(Pcm'2離子注入；
5.2將離子注入后的樣片在溫度為1000士5。C的Ar氣環(huán)境中退火20min。
步驟6,濺射A1電極及退火。
6.1在退火后得到的樣片上采用橫向結(jié)構(gòu)，通過(guò)濺射作電極，其中大電極和小電極的直徑分別為900um和200um，兩電極的距離為
5lmrm
6.2將濺射電極后的樣片置于溫度為400士5""C的Ar氣環(huán)境中退火
30min，完成MOS電容的制作。實(shí)施例2，包括如下步驟步驟l，清洗處理N-SiC外延材料。1.1用去離子水對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行超聲清洗；1.2用濃硫酸對(duì)外所述延材料繼續(xù)進(jìn)行清洗，并加熱至冒煙，煮
10min后，浸泡30min;
1.3用去離子水繼續(xù)沖洗所述外延材料表面數(shù)遍；
1.4用比例為5: 1: 1的H20、 &02和氨水組成的1號(hào)混合液
體在溫度為8(TC下，將所述外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶
液清洗，最后用離子水沖洗表面數(shù)遍；
1.5用比例為6: h 1的H20、 &02和HC1組成的2號(hào)混合液
體在溫度為8(TC下，將所述外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶
液清洗，最后用離子水沖洗表面數(shù)遍，用紅外燈烘干。步驟2,干氧氧化Si02薄層。
將清洗處理后的N-SiC外延材料置于溫度為1050±5"的氧化爐中，在干氧氣氛中氧化一層15nm的氧化層。步驟3，退火及冷處理。
3.1將氧化后N-SiC樣片在溫度為1150±10°C的Ar氣環(huán)境中進(jìn)行退火30min;
3.2將退火后的樣片在溫度為950士5'C的濕氧環(huán)境中進(jìn)行濕氧氧化退火lh;
3.3將退火后的樣片以3'C/min的速率在Ar氣環(huán)境中冷卻。步驟4,淀積SK)2層。
采用LPCVD在冷處理后的樣片上淀積一層60nm厚的Si02。步驟5，離子注入及退火。
5.1在淀積Si02后的樣片上進(jìn)行能量為18.5kev,劑量為1.5xl(^cm-2離子注入；5.2將離子注入后的樣片在溫度為1000i5"C的Ar氣環(huán)境中退火20min。
步驟6，濺射A1電極及退火。
6.1在退火后的樣片上采用橫向結(jié)構(gòu)，通過(guò)濺射作電極，其中大電極和小電極的直徑分別為900um和200um，兩電極的距離為lmm;
6.2將濺射電極后的樣片置于溫度為400i5'C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成MOS電容的制作。
實(shí)施例3，包括如下步驟
步驟l，清洗處理N-SiC外延材料。
1.1用去離子水對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行超聲清洗；
1.2用濃硫酸對(duì)所述外延材料進(jìn)行清洗，并加熱至冒煙，煮10min，后，浸泡30min;
1.3用去離子水對(duì)所述外延材料沖洗表面數(shù)遍；
1.4用比例為5: 1: 1的H20、 &02和氨水組成的1號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，將所述外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶液清洗，最后用離子水沖洗表面數(shù)遍；
1.5用比例為6: 1: 1的H20、 &02和HC1組成的2號(hào)混合液體在溫度為8(TC下，將所述外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氫溶液清洗，最后用離子水沖洗表面數(shù)遍；
1.6用紅外燈烘干。
步驟2，干氧氧化Si02薄層。
將清洗處理后的N-SiC外延材料置于溫度為1050士5'C的氧化爐中，在干氧氣氛中氧化一層25nm的氧化層。步驟3,退火及冷處理。
3.1將氧化后N-SiC樣片在溫度為1150士10'C的Ar氣環(huán)境中進(jìn)行退火30min;
3.2將退火后的樣片在溫度為950i5'C的濕氧環(huán)境中進(jìn)行濕氧氧化退火lh;
3.3將退火后的樣片以3°C/min的速率在Ar氣環(huán)境中冷卻。
7步驟4，淀積SK)2層。
采用LPCVD在冷處理后的樣片上淀積一層85nm厚的Si02。步驟5，離子注入及退火。
5.1在淀積Si02后的樣片上進(jìn)行能量為28kev，劑量為2.0xl(^cm々離子注入；
5.2將離子注入后的樣片在溫度為1000士5'C的Ar氣環(huán)境中退火20min。
步驟6，濺射A1電極及退火。
6.1在退火后得到的樣片上采用橫向結(jié)構(gòu)，通過(guò)濺射作電極，其中大電極和小電極的直徑分別為900um和200um，兩電極的距離為lmrru
6.2將濺射電極后的樣片置于溫度為400士5'C的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成MOS電容的制作。
上述三個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，顯然任何人均可按照本發(fā)明的構(gòu)思和方案作出變更，但這些均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
1.一種制作SiC MOS電容的方法，包括如下步驟(1)對(duì)N-SiC外延材料進(jìn)行清洗處理，并在溫度為1050±5℃的條件下，干氧氧化一層厚度為10nm～25nm的SiO2；(2)對(duì)氧化后的樣片，依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；(3)采用化學(xué)氣相淀積在所形成的樣片上再淀積一層25nm～85nm厚的SiO2；(4)在SiO2層上，先離子注入能量為8.5～28Kev，劑量為7.2×1012～2.0×1013cm-2的N+到SiC/SiO2界面，再在溫度為1000±5℃的Ar氣環(huán)境中退火20min；(5)將通過(guò)上述步驟得到的樣片，通過(guò)光刻版真空濺射Al制作電極，并在溫度為400±5℃的Ar氣環(huán)境中退火30min，完成電容器件的制作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作SiCMOS電容的方法，其中步驟(2) 所述的在Ar氣環(huán)境中退火，其工藝條件是退火溫度為1150±10°C， 退火時(shí)間為30min。
3 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作SiC MOS電容的方法，其中步驟(2) 所述的在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火，其工藝條件是退火溫度為 950±5°C，退火時(shí)間為3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作SiC MOS電容的方法，其中步驟(2) 所述的在Ar氣環(huán)境中的冷處理，是按照按照3°C/min的速率冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種MOS電容的制作方法，主要解決SiC/SiO₂界面陷阱密度過(guò)高的問(wèn)題。其制作過(guò)程是對(duì)N-SiC外延材料清洗處理后，干氧氧化一層SiO₂；對(duì)氧化后的樣片，依次完成在Ar氣環(huán)境中退火、在濕氧環(huán)境中濕氧氧化退火和在Ar氣環(huán)境中的冷處理；采用化學(xué)氣相淀積在冷處理后的樣片上再淀積一層25nm～85nm厚的SiO₂；在SiO₂層上，離子注入N⁺到SiC/SiO₂界面，并在Ar氣環(huán)境中退火；通過(guò)光刻版真空濺射Al作電極，并在Ar氣環(huán)境中退火，完成電容器件的制作。本發(fā)明具有控制N⁺的劑量精確，SiC/SiO₂界面陷阱密度低，且與現(xiàn)有工藝兼容的優(yōu)點(diǎn)，可用于對(duì)N型SiC MOS器件SiC/SiO₂界面特性的改善。
文檔編號(hào)H01L29/66GK101552192SQ20091002201
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者睿 張, 張義門, 張玉明, 張甲陽(yáng), 王德龍, 萍 程, 輝 郭 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)