專利名稱：一種改善SiC器件性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善SiC器件性能的方 法，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件制造工藝中的對SiC襯底表面進(jìn)行鈍化處理的方法。
背景技術(shù)：
SiC是寬禁帶半導(dǎo)體(對于4H_SiC禁帶寬度Eg=3. 2kV)，與Si相比，它在應(yīng)用中 具有諸多優(yōu)勢。由于具有較寬的帶隙，SiC器件的工作溫度可高達(dá)600°C，而Si器件的最高 工作溫度局限在175°C，SiC器件的高溫工作能力降低了對系統(tǒng)熱預(yù)算的要求。此外，SiC 器件還具有高擊穿電場強度(約2-3MV/cm)、較高的熱導(dǎo)率、高飽和漂移速率、高熱穩(wěn)定性和 化學(xué)惰性等優(yōu)勢，使其可以在高溫的環(huán)境下穩(wěn)定的工作，并且可以應(yīng)用在大功率的器件上。 所以，對于SiC器件的工藝的研究成為半導(dǎo)體器件研究領(lǐng)域中的熱點。氧化層的質(zhì)量和界面特性是影響SiC器件電學(xué)性質(zhì)的重要因素。按照通 常工藝步驟制造出來的SiC器件，其SiC/SiA界面態(tài)密度高達(dá)1014cm_2ev_2量級， 這種高密度的界面態(tài)使載流子的有效遷移率下降，將導(dǎo)致器件性能的嚴(yán)重惡化。同 時，SiC器件通常工作在高壓、高功率條件下，而SiO2的介電常數(shù)較低，根據(jù)高斯定理
Eox = kHesic "JUiOj承受的電場強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SiC上的電場強度，從而使SiO2W
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壽命大大降低。目前，如何通過工藝改進(jìn)來降低SiC的界面態(tài)密度和提高柵介質(zhì)層的質(zhì)量 一直是比較活躍的話題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種可以降低SiC的界面態(tài)密度和提高柵介質(zhì) 層質(zhì)量，從而提高SiC器件的性能的方法。本發(fā)明提出的提高SiC器件的性能的方法，是通過SiC襯底表面的進(jìn)行鈍化處理 實現(xiàn)的，具體步驟包括
提供一個SiC襯底； 用RCA清洗工藝清洗SiC襯底； 用稀釋的HF酸浸泡SiC襯底以去除SiC表面的氧化層； 用N2將SiC襯底吹干；
將SiC襯底放入PEALD反應(yīng)腔中利用氧(0)等離子體對SiC襯底進(jìn)行表面鈍化處理， 或者用UV燈直接照射SiC襯底表面對其進(jìn)行鈍化處理。進(jìn)一步地，所述HF酸的摩爾濃度為0. 49%-2%,浸泡時間為1_5分鐘。利用氧等離 子體對SiC襯底進(jìn)行表面鈍化處理時，PEALD反應(yīng)腔中的壓強為IOmTorr,引入的射頻頻率 為13. 6MHZ、功率為100W，處理時間為30-90秒。利用UV燈照射時的條件為譜峰定位在 253. 7、184. 9和沘2. 1納米，其光強比為10:2:1，照射時間為1-3小時。
在生長柵介質(zhì)層之前，先在PEALD反應(yīng)腔中用氧等離子處理或者用UV燈照射的方 法對SiC表面進(jìn)行鈍化處理，可以有效抑制C簇的形成，降低SiC界面態(tài)密度，提高SiC器 件的性能。更進(jìn)一步地，原子層淀積是自限制生長的，采用原子層淀積技術(shù)生長柵介質(zhì)，可以 精確地控制柵介質(zhì)層的厚度，得到高保形性高質(zhì)量的柵介質(zhì)層。同時，采用高k介質(zhì)作為柵 介質(zhì)材料，可以減小柵介質(zhì)層上所承受的電場強度，提高柵介質(zhì)層的工作壽命，保證器件工 作的穩(wěn)定性。


圖1至圖8為本發(fā)明提供的NM0SFET為實施例的SiC器件的制備工藝流程圖。圖9至圖11為本發(fā)明提供的MOS電容為實施例的SiC器件的制備工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，在圖中，為了方便 說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。盡管這些圖并不能完全 準(zhǔn)確的反映出器件的實際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位 置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。參考圖是本發(fā)明的理想化實施例的示意圖， 本發(fā)明所示的實施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形 狀，比如制造引起的偏差。例如刻蝕得到的曲線通常具有彎曲或圓潤的特點，但在本發(fā)明實 施例中，均以矩形表示，圖中的表示是示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。 同時在下面的描述中，所使用的術(shù)語襯底可以理解為包括正在工藝加工中的半導(dǎo)體襯底， 可能包括在其上所制備的其它薄膜層。實施例1 :NM0SFET結(jié)構(gòu)的SiC器件的制備
首先，提供一個P型的SiC襯底101，一般為在重?fù)诫s的N型襯底(凈摻雜濃度為 1 X IO18Cm-3)上外延一層P型的SiC (摻雜濃度為5 X 1015cm_3)。然后用傳統(tǒng)的RCA清洗 工藝清洗SiC襯底，再在濃度為m的HF中浸泡3分鐘以去除SiC表面的氧化層，然后用N2 將SiC襯底吹干。接著利用LOCOS的方法進(jìn)行場區(qū)隔離，具體工藝為先生長緩沖氧化層并 利用LPCVD工藝淀積Si3N4，然后光刻形成場區(qū)102，如圖1所示。接下來，對SiC襯底101進(jìn)行表面鈍化處理，具體工藝為將SiC襯底101放入 PEALD反應(yīng)腔中，并利用氧等離子體(0 Plasma)對SiC襯底101進(jìn)行處理，其中PEALD反應(yīng) 腔中的壓強為IOmTorr,引入的射頻頻率為13. 6MHZ、功率為100W，處理時間為60秒，如圖 2所示。接下來，采用原子層淀積(ALD)方法生長高k柵介質(zhì)層103，如圖3所示。高k柵 介質(zhì)比如為Al2O3或者HfO2,反應(yīng)溫度分別為200°C和300°C，速率分別為0. lnm/cycle和 0. 09nm/cycle。接下來，利用物理氣相沉積(PVD)方法生長一層80-100納米厚的金屬層104，金屬 比如為Pt、TiN或者W，如圖4所示。接著淀積一層光刻膠105，然后光刻形成柵極圖形，并 刻蝕金屬層104形成柵電極，如圖5所示。接下來，進(jìn)行P型離子注入形成源區(qū)106和漏區(qū)107，并在1650°C的溫度下退火5分鐘以激活雜質(zhì)，如圖6所示。接下來，去除光刻膠105，并淀積一層二氧化硅，然后利用各向異性刻蝕的方法刻 蝕二氧化硅層形成側(cè)墻108，并刻蝕柵介質(zhì)層103露出源、漏區(qū)，如圖7所示。最后，利用PVD工藝濺射一層金屬Ni，并在900°C的溫度下快速熱退火1分鐘，之 后進(jìn)行選擇性刻蝕金屬Ni，形成源接觸109和漏接觸110，如圖8所示。實施例2 =MOS電容結(jié)構(gòu)的SiC器件的制備
首先，提供一個SiC襯底201，并利用傳統(tǒng)的RCA清洗工藝清洗SiC襯底，之后在濃度 為m的HF中浸泡3分鐘以去除SiC表面的氧化層，然后用N2吹干。接著對SiC表面進(jìn)行 鈍化處理，具體工藝為將SiC襯底201放在UV燈下進(jìn)行照射，譜峰定位在253. 7、184. 9和 282.1納米，其光強比為10:2:1,照射時間為2小時，如圖9所示。接下來，采用ALD方法生長高k柵介質(zhì)層202，如圖10所示。高k柵介質(zhì)比如 為Al2O3或者HfO2,反應(yīng)溫度分別為200°C和300°C，速率分別為0. lnm/cycle和0. 09nm/ cycle。最后，在高k柵介質(zhì)層202上利用lift-off或者h(yuǎn)ard mask的方法物理氣相淀積 金屬電極203，如圖11所示，金屬電極203比如為Pt、TiN、Pd等金屬。如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的 實施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體 實例。
權(quán)利要求
1.一種SiC襯底表面的鈍化方法，包括 提供一個SiC襯底；用RCA清洗工藝清洗SiC襯底； 用稀釋的HF酸浸泡SiC襯底以去除SiC表面的氧化層； 將SiC襯底放入PEALD反應(yīng)腔中； 利用氧等離子體對SiC襯底進(jìn)行表面鈍化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC襯底表面的鈍化方法，其特征在于，所述HF酸的摩爾濃 度為0. 49%- ，浸泡時間為1-5分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC襯底表面的鈍化方法，其特征在于，利用氧等離子體 對SiC襯底進(jìn)行表面鈍化處理時，PEALD反應(yīng)腔中的壓強為IOmTorr,引入的射頻頻率為 13. 6MHZ、功率為100W,處理時間為30-90秒。
4.一種SiC襯底表面的鈍化方法，包括 提供一個SiC襯底；用RCA清洗工藝清洗SiC襯底； 用稀釋的HF酸浸泡SiC襯底以去除SiC表面的氧化層； 用UV燈照射SiC襯底表面對其進(jìn)行鈍化處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SiC襯底表面的鈍化方法，其特征在于，所述HF酸的濃度為 0. 49%-2%，浸泡時間為1-5分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SiC襯底表面的鈍化方法，其特征在于，所述的UV燈照射的 條件為譜峰定位在253. 7、184.9和觀2. 1納米，其光強比為10:2:1,照射時間為1-3小 時。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善SiC器件性能的方法。在生長柵介質(zhì)層之前，先在PEALD反應(yīng)腔中用氧等離子處理或者用UV燈照射的方法對SiC表面進(jìn)行鈍化處理，可以有效抑制C簇的形成，降低SiC界面態(tài)密度，提高SiC器件的性能。采用原子層淀積技術(shù)生長高k柵介質(zhì)，可以精確地控制柵介質(zhì)層的厚度，得到高保形性高質(zhì)量的柵介質(zhì)層，減小柵介質(zhì)層上所承受的電場強度，提高柵介質(zhì)層的工作壽命，保證器件工作的穩(wěn)定性。
文檔編號H01L21/336GK102142369SQ20111000095
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者孫清清, 張衛(wèi), 李葉, 江安全, 王鵬飛 申請人:復(fù)旦大學(xué)