提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET溝道遷移率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET溝道迀移率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC以其優(yōu)良的物理化學(xué)特性和電學(xué)特性成為制造高溫、大功率電子器件的一種最有優(yōu)勢的半導(dǎo)體材料，并且具有遠(yuǎn)大于Si材料的功率器件品質(zhì)因子。SiC功率器件金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor, MOSFET)的研發(fā)始于20世紀(jì)90年代，其具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、工作頻率高、耐高溫高壓等一系列優(yōu)點，已在開關(guān)穩(wěn)壓電源、高頻加熱、汽車電子以及功率放大器等方面取得了廣泛的應(yīng)用。
[0003]然而，目前SiC功率M0S器件柵介質(zhì)的主要材料為熱氧化生成的Si02，但SiC和Si02的接觸界面質(zhì)量較差，高密度的界面態(tài)和界面粗糙導(dǎo)致器件溝道迀移率和導(dǎo)通電阻嚴(yán)重退化，甚至使基于SiC的器件的性能還達(dá)不到基于Si的器件的性能。雖然經(jīng)工藝改進(jìn)，在退火過程中通入氮化物成分，可以部分減少界面態(tài)，但對于氧化過程中SiC和Si02界面處的C原子絡(luò)合物問題不能根本性的解決，也使得SiC的溝道迀移率一直很低，嚴(yán)重制約著SiC功率器件的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET溝道迀移率的方法，能夠抑制氧化過程中SiC和Si02的接觸界面C原子絡(luò)合物產(chǎn)生的缺陷對界面態(tài)和迀移率的影響，從而提高器件的性能。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET溝道迀移率的方法，包括:
[0006]在P型SiC襯底上經(jīng)過外延工藝形成MOSFET的N漂移區(qū)；
[0007]在N漂移區(qū)內(nèi)經(jīng)過注入工藝形成MOSFET的源區(qū)和漏區(qū)；
[0008]對已形成所述源區(qū)和漏區(qū)的SiC外延片的外延表面在200°C下進(jìn)行紫外線氧化；
[0009]RCA清洗，使得在所述外延表面形成Si界面結(jié)構(gòu)；
[0010]將所述SiC外延片在300°C氧氣氣氛中進(jìn)行等離子體增強化學(xué)氣相淀積PECVD預(yù)處理，將所述外延表面的Si界面結(jié)構(gòu)氧化成Si02界面層；
[0011]在所述Si02W面層上進(jìn)行氧化淀積和退火，形成隔離介質(zhì)層；
[0012]制備多晶硅柵極和源、漏金屬電極，從而形成所述橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET ο
[0013]優(yōu)選的，所述對已形成所述源區(qū)和漏區(qū)的SiC外延片的外延表面在200°C下進(jìn)行紫外線氧化具體為:
[0014]在200°C的氧氣氣氛中，SiC外延片的外延表面進(jìn)行紫外線處理，使所述SiC外延片的表面進(jìn)行預(yù)氧化，形成S1jP C的氧化物。
[0015]優(yōu)選的，所述將所述SiC外延片在300°C氧氣氣氛中進(jìn)行PECVD預(yù)處理具體為:
[0016]將所述SiC外延片放入PECVD設(shè)備中，在300°C下通入氧氣60秒，將所述外延表面氧化成l_2nm的Si02W面層。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述在P型SiC襯底上經(jīng)過外延工藝形成MOSFET的N漂移區(qū)具體為:
[0018]將所述P型SiC襯底置于外延設(shè)備中；
[0019]在1570°C，lOOmbar條件下進(jìn)行外延層生長；其中，反應(yīng)氣體硅烷、丙烷，摻雜源為液氮；
[0020]持續(xù)一段反應(yīng)時間，得到厚度為8-9 μ m，摻雜濃度為IX 1015cm 3-2X1015cm 3的氮離子摻雜的N外延層。
[0021]優(yōu)選的，所述注入工藝包括:
[0022]N漂移區(qū)上進(jìn)行鋁離子選擇性注入，注入溫度為650°C，形成深度為0.5 μ m，摻雜濃度為3X10lscm3的P阱;
[0023]在P阱區(qū)域內(nèi)進(jìn)行氮離子選擇性注入，注入溫度為650°C，形成深度為0.2 μπι，摻雜濃度為lX1019cm3的Ν+源區(qū)。
[0024]進(jìn)一步優(yōu)選的，在形成Ν+源區(qū)之后還包括:
[0025]在Ρ阱區(qū)域內(nèi)進(jìn)行鋁離子選擇性注入，注入溫度為650°C，形成深度為0.2 μπι，摻雜濃度為2 X 1019cm 3的P +歐姆接觸區(qū)。
[0026]優(yōu)選的，所述在所述Si02W面層上進(jìn)行氧化淀積和退火，形成隔離介質(zhì)層具體為:
[0027]在300°C下通入氧氣和硅烷，采用PECVD的方法在所述Si02W面層之上淀積lOOnm的 S1jl;
[0028]再在800°C的氧氣氣氛下進(jìn)行退火，所述退火的時間為60分鐘。
[0029]優(yōu)選的，所述RCA清洗具體包括:
[0030]將所述SiC外延置于90°C的SPM溶液中清洗15分鐘，沖去離子水；
[0031 ] 在DHF溶液中清洗30秒，沖去離子水；
[0032]在70°C的SCI溶液中清洗10分鐘，沖去離子水；
[0033]再在70°C的SC2溶液中清洗10分鐘，沖去離子水，并甩干；
[0034]其中，所述SPM溶液為濃硫酸和過氧化氫的混合溶液；所述DHF溶液為濃度為0.5% -2%的氫氟酸溶液；所述SCI溶液為氨水、過氧化氫和去離子水的混合溶液；所述SC2為鹽酸、過氧化氫和去離子水的混合溶液。
[0035]本發(fā)明實施例提供的提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET溝道迀移率的方法，通過柵氧之前進(jìn)行紫外線氧化和RCA清洗，使SiC界面呈現(xiàn)Si界面結(jié)構(gòu)，再采用PECVD預(yù)處理，將Si界面結(jié)構(gòu)氧化成Si02界面層，從而與后續(xù)工藝的柵氧化層形成良好的界面接觸，同時將界面的C原子氧化形成氣體排出，徹底解決了 SiC和Si02的接觸界面C原子絡(luò)合物產(chǎn)生的缺陷造成的界面態(tài)高和迀移率低的問題，能夠有效的提高器件的性能。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET功率器件溝道迀移率的方法流程圖；
[0037]圖2為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖之一；
[0038]圖3為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖之二 ；
[0039]圖4為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖之三；
[0040]圖5為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖之四；
[0041]圖6為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖之五；
[0042]圖7為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖之六；
[0043]圖8為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖之七；
[0044]圖9為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖之八。
【具體實施方式】
[0045]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0046]首先需要說明的是，本發(fā)明實施例提供的提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET功率器件溝道迀移率的方法，可以用于各種橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)的SiC MOSFET的制程工藝中，具體可以包括但不限于:橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Laterally Diffused MOSFET,LDM0SFET)。雖然在本實施例下述具體工藝過程示意圖中是以LDM0SFET為例進(jìn)行說明，但并非限定本實施例提供的提高溝道迀移率的方法僅適用于LDM0SFET的工藝制程中。
[0047]圖1為本發(fā)明實施例提供的提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET功率器件溝道迀移率的方法流程圖。圖2-圖9為本發(fā)明實施例提供的LDM0SFET功率器件的工藝過程示意圖。下面以圖1為例，并結(jié)合圖2-圖9，對本發(fā)明的提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET功率器件溝道迀移率的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0048]如圖1所示，本發(fā)明實施例的提高橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)SiC MOSFET溝道迀移率的方法包括:
[0049]步驟110，在P型SiC襯底上經(jīng)過外延工藝形成MOSFET的N漂移區(qū)；
[0050]具體的，如圖2所示，P型SiC襯底1上經(jīng)過外延工藝形成N漂移區(qū)2。
[0051]以LDM0S的制造工藝為例，外延工藝的具體工藝條件為:溫度為1570°C，壓力為lOOmbar,反應(yīng)氣體是娃燒和丙燒，載運氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮氣。形成的N漂移區(qū)的外延層厚度為8-9 μm，摻雜濃度為lX1015cm3?2X10 15cm 3。
[0052]步驟120，在N漂移區(qū)內(nèi)經(jīng)過注入工藝形成MOSFET的源區(qū)和漏區(qū)；
[0053]具體的，在形成源區(qū)之前，首先需要形成阱區(qū)。
[0054]阱區(qū)的制備可以通過在氮離子摻雜的N漂移層上進(jìn)行多次鋁離子選擇性注入形成。其中，注入溫度為650°C，形成深度為0.5μπι，摻雜濃度為3X10lscm3的Ρ阱3，如圖3所示；
[0055]其具體工藝過程可以包括:通過低壓熱壁化學(xué)氣相沉積法在SiC外延片表面沉積一層厚度為0.2 μπι的Si02層，然后再沉積厚度為1 μπι的A1來作為Ρ阱離子注入的阻擋層，通過光刻和刻蝕來形成Ρ阱注入?yún)^(qū)；在650°C的環(huán)境溫度下對Ρ阱注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次Α1離子注入，先后采用450keV、300keV、200keV和120keV的注入能量，將注入劑量為
7.97X1013cm2、4.69X 1013cm 2、3.27X1013cm2和 2.97X10 13cm2的鋁離子注入到 P 阱注入?yún)^(qū)，形成深度為0.5 μ m，摻雜濃度為3 X 1018cm 3的P阱3 ;采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行表面清洗，烘干后制作c膜保護；然后在1700?1750°C氬氣氛中進(jìn)行離子激活退火lOmin。
[0056]在形成P阱3之后，在P阱3內(nèi)以及N漂移區(qū)內(nèi)進(jìn)行源漏注入，通過多次氮離子選擇性注入，注入溫度為650°C，形成深度為0.2 μ m,摻雜濃度為1 X 1019cm 3的N +源區(qū)4和N+漏區(qū)6，如圖4所示。
[0057]其具體工藝過程可以包括:通過低壓熱壁化學(xué)氣相沉積法在碳化硅片正面沉積一層厚度為0.2 μπι的S1jl，然后再沉積厚度為1 μπι的A1來作為Ν+源、漏區(qū)離子注入的阻擋層，通過光刻和刻蝕來形成Ν+源區(qū)注入?yún)^(qū)和Ν+漏區(qū)注入?yún)^(qū)；在650°C的環(huán)境溫度下對Ν +源區(qū)注入?yún)^(qū)和Ν+漏區(qū)注入?yún)^(qū)進(jìn)行兩次氮離子注入，先后采用80keV、30keV的注入能量，將注入劑量為3.9X 1014cm 2、1.88X1014cm 2，注入到N+源區(qū)注入?yún)^(qū)N+漏區(qū)注入?yún)^(qū)，形成深度為0.2 μπι,摻雜濃度為1 X 1019cm 3的N+源區(qū)4和N+漏區(qū)6 ;采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行表面清洗，烘干后制作C膜保護；然