分區(qū)復(fù)合柵結(jié)構(gòu)SiC DMISFET器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種分區(qū)復(fù)合柵結(jié)構(gòu)SiC DMISFET器件的制作方法。以減小SiC/Si02界面態(tài)密度，降低柵介質(zhì)層內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，減小FN隧穿電流，改善柵介質(zhì)層的可靠性，從而提高其在高溫、大功率應(yīng)用時(shí)的可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC具有獨(dú)特的物理、化學(xué)及電學(xué)特性，是在高溫、高頻、大功率及抗輻射等極端應(yīng)用領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體材料。SiC功率MOSFET的最佳工作狀態(tài)與柵介質(zhì)絕緣層界面特性及體特性緊密相關(guān)。柵介質(zhì)層的可靠性問(wèn)題已經(jīng)成為SiC DM0SFET器件急需解決的主要問(wèn)題。雖然目前國(guó)內(nèi)外眾多研宄組對(duì)改善SiC/Si02W面質(zhì)量進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研宄，如在NO或者N2O氛圍中進(jìn)行柵氧化或者退火的方法來(lái)去除SiC/Si02界面除掉碳?xì)埩粑铮瑴p少界面陷阱，提高器件反型層溝道迀移率，但是這種方法減小界面態(tài)的同時(shí)，增加了固定電荷，引起閾值電壓的負(fù)漂移，導(dǎo)致DMOS器件在關(guān)斷狀態(tài)下非常高的泄漏電流。據(jù)此在國(guó)內(nèi)外目前使用1^811-1(/5102疊柵材料來(lái)替換S12作為SiCMIS器件的柵介質(zhì)層，但是研宄證明仍舊存在很高的柵泄漏電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述工藝的不足，提出一種分區(qū)復(fù)合柵結(jié)構(gòu)SiC DMISFET器件的制作方法，采用分區(qū)電場(chǎng)調(diào)制的思想，從而減少FN隧穿電流，提高柵介質(zhì)的可靠性，以改善SiC MISFET器件在高溫、大功率應(yīng)用時(shí)的可靠性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]一種分區(qū)復(fù)合柵結(jié)構(gòu)SiC DMISFET器件的制作方法，該制作方法包括以下步驟:
[0006]Al、基片表面清洗:對(duì)N-/N+型SiC外延片的表面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)濕法工藝清洗；
[0007]A2、P-base區(qū)高溫離子注入:在表面被清洗過(guò)的N-/N+型SiC外延片表面涂光刻膠，刻出P-base區(qū)高溫離子注入?yún)^(qū)域，然后進(jìn)行P-base區(qū)高溫Al離子注入；
[0008]A3、N+源區(qū)域高溫離子注入:在進(jìn)行過(guò)P-base區(qū)域Al高溫離子注入之后，刻出N+摻雜源區(qū)，然后進(jìn)行N+源區(qū)高溫N離子注入；
[0009]A4、P型接觸離子注入的形成:在進(jìn)行N+摻雜源區(qū)N離子注入之后，刻出P型摻雜接觸區(qū)域，然后進(jìn)行P型摻雜高溫Al離子注入；
[0010]A5、表面碳保護(hù)膜的形成:在進(jìn)行了 P型摻雜高溫Al離子注入之后，在N-/N+型SiC外延片表面形成碳保護(hù)膜；
[0011]A6、高溫離子注入激活:對(duì)N-/N+型SiC外延片表面形成碳保護(hù)膜進(jìn)行1600°C高溫離子注入退火；
[0012]A7、表面碳膜的去除:對(duì)進(jìn)行過(guò)高溫離子注入退火之后的SiC外延片進(jìn)行表面碳膜的去除:
[0013]AS、復(fù)合柵介質(zhì)層生長(zhǎng):將去除了表面碳膜的SiC外延片進(jìn)行大面積HF酸清洗，然后進(jìn)行Al203/Nitrided_Si02復(fù)合柵介質(zhì)層的生長(zhǎng)；
[0014]A9、底部漏電極的形成:對(duì)進(jìn)行了八1203/附1:1^(16(1-5;[02復(fù)合柵介質(zhì)層的SiC外延片進(jìn)行底部漏電極的生長(zhǎng)；
[0015]A10、源區(qū)電極的形成:在進(jìn)行完底部漏電極的生長(zhǎng)之后，在SiC外延片表面涂剝離膠、光刻膠、刻出源接觸孔，進(jìn)行源金屬淀積，并剝離形成源圖形；
[0016]All、柵電極的形成:對(duì)進(jìn)行了源漏電極退火的SiC外延片進(jìn)行柵電極的形成；
[0017]A12、柵、源互連電極的形成:對(duì)形成柵電極的SiC外延片表面涂剝離膠、光刻膠、刻出柵、源接觸孔，進(jìn)行柵、源互連金屬淀積，并剝離形成柵、源互連圖形。
[0018]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A2的具體工藝步驟為:
[0019]A21、將表面被清洗過(guò)的N-/N+型SiC外延片放入PECVD當(dāng)中，大面積淀積S1jl，厚度為60nm ；
[0020]A22、在淀積了 S12的SiC外延片表面涂光刻膠，并光刻出P_base區(qū)域；然后在HF酸溶液當(dāng)中將未經(jīng)光刻膠保護(hù)的S1Jl清洗掉，露出P-base區(qū)高溫離子注入?yún)^(qū)域；
[0021]A23、將露出P-base區(qū)域的SiC外延片放入高溫離子注入機(jī)，在400°C下分四次進(jìn)行高溫Al離子注入，四次高溫Al離子注入的劑量和能量依次為:4.9 X 112Cm _2/100K，7.5 X 112Cm -2/200Κ，9.8X1012cm -2/350K，2 X 1012cm _2/550Κ ；
[0022]Α24、對(duì)進(jìn)行了高溫離子注入后的SiC外延片在HF溶液中清洗，去除表面的S12阻擋層。
[0023]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A3的具體工藝步驟為:
[0024]A31、將去除了表面S1JI擋層的SiC外延片放入PECVD當(dāng)中，大面積淀積S12層，厚度為60nm ；
[0025]A32、在淀積了 5102的SiC外延片表面涂光刻膠、甩膠，光刻出源歐姆接觸孔；然后在HF酸溶液當(dāng)中將未經(jīng)光刻膠保護(hù)的S1Jl清洗掉，露出源歐姆接觸孔；
[0026]A33、將露出源歐姆接觸孔的SiC外延片放入高溫離子注入機(jī)，在400°C下分四次進(jìn)行高溫N離子注入，四次高溫N離子注入的劑量和能量依次為:5X 114Cm _2/30K，6.0XlO14Cm -2/60K，8X1014cm _2/120K, 1.5 XlO15Cm _2/190Κ ；
[0027]Α34、對(duì)進(jìn)行了高溫N離子注入后的SiC外延片在HF酸溶液當(dāng)中清洗，去除表面的S1Jl擋層。
[0028]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟Α4的具體工藝步驟為:
[0029]Α41、將去除了表面S12阻擋層的SiC外延片放入PECVD當(dāng)中，大面積淀積3102層，厚度為60nm ；
[0030]A42、在淀積了 S1^ SiC外延片表面涂光刻膠、甩膠，光刻出P型接觸孔；然后在HF酸溶液當(dāng)中將未經(jīng)光刻膠保護(hù)的S1Jl清洗掉，露出P型P型接觸孔；
[0031]A43、將露出P型P型接觸孔的SiC外延片放入高溫離子注入機(jī)，在400°C下分四次進(jìn)行高溫Al離子注入，四次高溫Al離子注入的劑量和能量依次為:2X 114Cm _2/30K，3.0XlO14Cm -2/80K，5X1014cm -2/150K，1.0 X 1015cm _2/260Κ ；
[0032]Α44、對(duì)進(jìn)行了高溫Al離子注入后的SiC外延片在HF酸溶液當(dāng)中清洗，去除表面的S1JI擋層。
[0033]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟Α5的具體工藝步驟為:
[0034]A51、在除掉表面S1JI擋層的SiC外延片表面涂光刻膠、甩膠，放入烤箱中90°C下前烘I分鐘；
[0035]A52、將進(jìn)行前烘過(guò)的SiC外延片放入高溫退火爐中，在600°C下保持30分鐘，進(jìn)行碳化；
[0036]A53、對(duì)進(jìn)行過(guò)碳化的SiC外延片進(jìn)行降溫。
[0037]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A6的具體工藝步驟為:
[0038]A61、將碳化的SiC外延片置于高溫退火爐中，將有碳膜的一面朝下，抽真空到10_7Torr，充Ar氣，逐步升溫到1600°C，在1600°C停留30分鐘，進(jìn)行高溫離子注入退火；
[0039]A62、待高溫退火爐降溫至常溫時(shí)，將SiC外延片從高溫退火爐中拿出。
[0040]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A7的具體工藝步驟為:
[0041]A71、將高溫退火的SiC外延片放入RIE反應(yīng)室中，帶有碳膜的一面朝上，關(guān)上反應(yīng)室閥門(mén)，打開(kāi)N2_門(mén)到1/4，通\60秒，然后關(guān)掉氮?dú)忾y門(mén)；
[0042]A72、對(duì)帶有碳膜的SiC外延片進(jìn)行了 60秒的隊(duì)沖洗之后，打開(kāi)油泵，等到油泵的聲音變大并且變得穩(wěn)定的時(shí)候完全打開(kāi)油泵閥門(mén)，等到泵穩(wěn)定20-30分鐘；
[0043]A73、打開(kāi)氧氣閥門(mén)，直到腔室里面的壓力達(dá)到9_12mT ；
[0044]A74、打開(kāi)冷卻系統(tǒng)，調(diào)節(jié)氧氣流量到47sccm ；
[0045]A75、打開(kāi)射頻網(wǎng)絡(luò)適配器，計(jì)時(shí)90分鐘去掉SiC外延片表面的碳膜；
[0046]A76、關(guān)掉網(wǎng)絡(luò)適配器電源，關(guān)掉O2;
[0047]A77、將系統(tǒng)降壓到常壓，關(guān)掉冷卻系統(tǒng)，對(duì)RIE反應(yīng)室里面充隊(duì)直到反應(yīng)室門(mén)可以打開(kāi)，取出SiC外延片。
[0048]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟AS的具體工藝步驟為:
[0049]A81、對(duì)去除了表面碳膜的SiC外延片進(jìn)行HF酸清洗；
[0050]A82、將進(jìn)行進(jìn)行過(guò)HF酸清洗SiC外延片放入高溫氧化爐中，1180°C時(shí)，通入純氧氣，在干氧條件下氧化SiC外延片正面lOmin，生成厚度為8nm的S12氧化膜；
[0051]A83、對(duì)生長(zhǎng)的氧化膜進(jìn)行氮化:對(duì)生長(zhǎng)的S12氧化膜進(jìn)行1175°C下2小時(shí)的NO退火；
[0052]A84、利用底層?xùn)沤橘|(zhì)版形成底層?xùn)沤橘|(zhì)圖形；
[0053]A85、將進(jìn)行NO氣體處理后的SiC外延片放入原子層淀積反應(yīng)室中，以三甲基鋁TMA和H2O為源，溫度為300°C，氣壓為2Torr，得到厚度為20nm的Al2O3薄膜；
[0054]A86、利用柵介質(zhì)版形成柵介質(zhì)圖形。
[0055]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A9的具體工藝步驟為:
[0056]A91、把已經(jīng)形成分區(qū)復(fù)合柵介質(zhì)Al203/Nitrided-Si(y^ SiC外延片放入電子束蒸發(fā)室中；
[0057]A92、在SiC外延片背面上蒸發(fā)厚度為20nm/240nm的Ni/Au作為漏接觸金屬。
[0058]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟AlO的具體工藝步驟為:
[0059]A11、在進(jìn)行了漏襯底電極制作的S i C外延片正面涂剝離膠、光刻膠，光刻，清洗光刻膠、剝離膠，露出有效源電極接觸區(qū)域；
[0060]A102、SiC外延片放入電子束蒸發(fā)室中；
[0061]A103、在SiC外延片正面蒸發(fā)厚度為20nm/240nm的Ni/Au作為源接觸金屬；
[0062]A104、剝離形成源接觸金屬圖形；
[0063]A105、將進(jìn)行了源漏電極制作的SiC外延片置于退火爐中在950°C下合金退火30分鐘。
[0064]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟All的具體工藝步驟為:
[0065]A111、在進(jìn)行了大面積復(fù)合柵介質(zhì)生長(zhǎng)的SiC外延片表面涂剝離膠，甩膠；
[0066]A112、在涂完剝離膠的SiC外延片表面涂光刻膠，甩膠，利用柵版光刻出柵金屬區(qū)域；
[0067]Al 13、在刻出柵接觸孔的SiC外延片表面上蒸發(fā)厚度為20nm/240nm的Ni/Au作為柵接觸金屬；
[0068]A114、利用剝離方法形成柵圖形。
[0069]作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟A12的具體工藝步驟為:
[0070]A