专利名称：低偏移平带电压SiC MOS电容制备方法
技术领域：
本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件的制作，具体的是有关SiC MOS电容的制作方法。
背景技术：
碳化硅是最近十几年来迅速发展起来的宽禁带半导体材料。它是宽禁带半导体中唯一一种可以通过自然氧化生成SiO2的第三代半导体材料，与其它半导体材料相比，比如Si和GaAs，碳化硅材料具有宽禁带、高热导率、高载流子饱和迁移率、高功率密度等优点。因此，对于SiC器件和エ艺的研究成为半导体器件领域里的热点。SiC器件通常工作在高压、高功率条件下，这要求氧化层的质量比较好、道通电阻比较小、有效迁移率比较高。而这
些难题还一直在阻碍着SiC材料和器件的发展。目前，如何通过エ艺改进来降低Si02/SiC的界面态密度一直是比较活跃的课题。按照现有的エ艺步骤所制造出来的SiC MOS电容器件，其Si02/SiC界面态密度高达IO14CnT2eV-1量级，这种高密度的界面态将导致器件性能的严重恶化，甚至使基于SiCMOS电容器件的性能还达不到基于Si器件的性能。为解决这ー问题，P. T. Lai等人于2002年在IEEE electron device letters发表文章,他们采用NO、N2O做为氧化气体进行氧化层生长。采用这种エ艺虽然在一定程度上改善了 SiC MOS电容器件的界面特性，但是仍然存在平带电压偏移较大、含氮气体剂量不易精确控制，影响器件界面特性的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种低偏移平带电压SiC MOS电容的制作方法，以在保证平带电压偏移较小的条件下，降低MOS电容的界面态密度，提高器件的界面特性。为实现上述目的，本发明的实现步骤包括( I)对N-SiC外延材料进行标准清洗处理；(2)在清洗处理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法外延ー层flOnm厚的AlN薄层；(3)在经过外延AlN处理的N-SiC外延材料上干氧氧化ー层厚度为l(Tl00nm的SiO2 ；(4)将氧化后的N-SiC外延材料依次完成在Ar气环境中退火和冷处理；(5)对冷处理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空溅射Al制作电极，其中大电极的直径为900 μ m,小电极的直径为200 μ m,两电极的距离为Imm ;再置于温度为400±5°C的Ar气环境中退火30min，完成低偏移平带电压SiC MOS电容的制作。所述步骤(2)利用分子束外延的方法外延AlN薄层的エ艺条件是衬底温度为800±5°C。所述步骤(4)在Ar气环境中进行退火的エ艺条件是退火温度为1200±10°C，退火时间为30min ;在Ar气环境中进行冷处理是按照5°C /min的速率冷却。本发明与现有技术相比具有如下优点(I)本发明由于在氧化前引入了 N元素，在经过退火后，N元素电离，并将在SiC/SiO2界面附近积聚，在界面和近界面处的N离子与未成键的Si、0原子形成NESi键、N ^ O键，減少了悬挂键，缓和了界面应力，降低了近界面陷阱密度，改善了界面特性；(2)本发明由于同时引入了 ΑΓ，氧化后会在Si02/SiC界面附近重新积聚，补偿了N+引起的平带电压的平移，将会在不恶化MOS界面特性的情况下，使得MOS电容的平带电压偏移更小；(3)本发明由于采用干氧和淀积的方式生长氧化层，使得氧化层的生长速度得到提高，并经过后序的氧化后退火，使得生长的氧化层质量更好。
图I是本发明的主要エ艺流程示意图。
具体实施例方式參照图1，本发明给出以下制作SiC MOS电容的实施例。实施例I，包括如下步骤步骤I，对N-SiC外延材料进行标准清洗处理I. I)用去离子水超声清洗N-SiC外延材料；I. 2)用浓硫酸进行清洗，加热至冒烟后煮lOmin，再浸泡30min后用去离子水冲洗表面数遍；I. 3)用比例为5 :1 :1的H2CKH2O2和氨水组成的I号混合液体在温度为80°C下，对用去离子水冲洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氢溶液清洗,并用去离子水进行第二次冲洗表面数遍；I. 4)用比例为6 :1 :1的H2CKH2O2和HCl组成的2号混合液体在温度为80°C下，对用去离子水进行第二次冲洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，并用氟化氢溶液清洗，再用去离子水进行第三次冲洗表面数遍，烘干。步骤2，在清洗处理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法，在衬底温度为800±5°C的エ艺条件下,生长ー层5nm厚的AlN薄层。步骤3，将外延AlN后的N-SiC外延材料置于温度为1050±5°C的氧化炉中，干氧氧化ー层厚度为IOnm的SiO2薄层,其氧化时间为30min。步骤4，将氧化后的N-SiC外延材料置于温度为1200±10°C的Ar气环境中进行30min的退火，最后将退火后的N-SiC外延材料在Ar气环境中以5°C /min的速率冷却。步骤5，对冷处理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空溅射Al制作电极，其中大电极的直径为900 μ m，小电极的直径为200 μ m，两电极的距离为Imm ;再置于温度为400±5°C的Ar气环境中退火30min，完成低偏移平带电压SiC MOS电容的制作。实施例2，包括如下步骤步骤I，对N-SiC外延材料进行标准清洗处理I. I)用去离子水超声清洗N-SiC外延材料；
I. 2)用浓硫酸进行清洗，加热至冒烟后煮lOmin，再浸泡30min后用去离子水冲洗表面数遍；I. 3)用比例为5 :1 :1的H2CKH2O2和氨水组成的I号混合液体在温度为80°C下，对用去离子水冲洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氢溶液清洗,并用去离子水进行第二次冲洗表面数遍；I. 4)用比例为6 :1 :1的H2CKH2O2和HCl组成的2号混合液体在温度为80°C下，对用去离子水进行第二次冲洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，并用氟化氢溶液清洗，再用去离子水进行第三次冲洗表面数遍，烘干。步骤2，在清洗处理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法，在衬底温度为800±5°C的エ艺条件下,生长ー层5nm厚的AlN薄层。步骤3，将外延AlN后的N-SiC外延材料置于温度为1050±5°C的氧化炉中，干氧氧化ー层厚度为50nm的SiO2薄层,其氧化时间为3h。步骤4，将氧化后的N-SiC外延材料置于温度为1200±10°C的Ar气环境中进行30min的退火，最后将退火后的N-SiC外延材料在Ar气环境中以5°C /min的速率冷却。步骤5，对冷处理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空溅射Al制作电极，其中大电极的直径为900 μ m，小电极的直径为200 μ m，两电极的距离为Imm ;再置于温度为400±5°C的Ar气环境中退火30min，完成低偏移平带电压SiC MOS电容的制作。实施例3，包括如下步骤步骤I，对N-SiC外延材料进行标准清洗处理I. I)用去离子水超声清洗N-SiC外延材料；I. 2)用浓硫酸进行清洗，加热至冒烟后煮lOmin，再浸泡30min后用去离子水冲洗表面数遍；I. 3)用比例为5 :1 :1的H2CKH2O2和氨水组成的I号混合液体在温度为80°C下，对用去离子水冲洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，再用氟化氢溶液清洗,并用去离子水进行第二次冲洗表面数遍；I. 4)用比例为6 :1 :1的H2CKH2O2和HCl组成的2号混合液体在温度为80°C下，对用去离子水进行第二次冲洗后的N-SiC外延材料水浴浸泡5min，并用氟化氢溶液清洗，再用去离子水进行第三次冲洗表面数遍，烘干。步骤2，在清洗处理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法，在衬底温度为800±5°C的エ艺条件下，生长ー层IOnm厚的AlN薄层。步骤3，将外延AlN后的N-SiC外延材料置于温度为1050±5°C的氧化炉中，干氧氧化ー层厚度为IOOnm的SiO2薄层,其氧化时间为6h。步骤4，将氧化后的N-SiC外延材料置于温度为1200±10°C的Ar气环境中进行30min的退火，最后将退火后的N-SiC外延材料在Ar气环境中以5°C /min的速率冷却。步骤5，对冷处理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空溅射Al制作电极，其中大电极的直径为900 μ m，小电极的直径为200 μ m，两电极的距离为Imm ;再置于温度为400±5°C的Ar气环境中退火30min，完成低偏移平带电压SiC MOS电容的制作。上述三个实施条例并不构成对本发明的任何限制，显然任何人均可按照本发明的构思和方案做出变更，但这些均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种低偏移平带电压SiC MOS电容制作方法，包括如下步骤 (1)对N-SiC外延材料进行标准清洗处理； (2)在清洗处理后的N-SiC外延材料上，利用分子束外延的方法外延一层fIOnm厚的AlN薄层； (3)在经过外延AlN处理的N-SiC外延层上干氧氧化一层厚度为l(Tl00nm的Si02； (4)将氧化后的N-SiC外延材料依次完成在Ar气环境中退火和冷处理； (5)对冷处理后的N-SiC外延材料，先使用光刻版真空溅射Al制作电极，其中大电极的直径为900 μ m,小电极的直径为200 μ m,两电极的距离为Imm ;再置于温度为400±5°C的Ar气环境中退火30min，完成低偏移平带电压SiC MOS电容的制作。
2.根据权利要求I所述的SiCMOS电容的制作方法，其中步骤(2)所述的利用分子束外延的方法外延AlN薄层，其工艺条件是衬底温度为800±5°C。
3.根据权利要求I所述的SiCMOS电容的制作方法，其中步骤(4)所述的在Ar气环境中退火，其工艺条件是退火温度为1200±10°C，退火时间为30min。
4.根据权利要求I所述的SiCMOS电容的制作方法，其中步骤(4)所述的在Ar气环境中进行冷处理，是按照5°C /min的速率冷却。
全文摘要
本发明公开了一种低偏移平带电压SiC MOS电容的制作方法，主要解决SiO2/SiC界面陷阱密度过高的问题。其制作过程是对N-SiC外延材料进行标准清洗处理；利用分子束外延的方法在清洗后的N-SiC外延材料上淀积一层1~10nm厚的AlN；在经过外延AlN处理后的N-SiC外延材料上干氧氧化一层10~100nm厚的SiO2；将氧化后的N-SiC外延材料依次完成在Ar气环境中退火和冷处理；在冷处理后的N-SiC外延材料上通过真空溅射Al制作电极，并在Ar气环境中进行第二次退火，完成整个SiC MOS电容的制作。本发明具有SiO2/SiC界面陷阱密度低，MOS电容平带电压偏移小，且工艺简单的优点，可用于对SiC MOS电容SiO2/SiC界面特性的改善。
文档编号H01L21/02GK102842489SQ201210333010
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者汤晓燕, 多亚军, 张玉明, 吕红亮, 宋庆文 申请人:西安电子科技大学