火过程:在步骤三设定的退火温度下，以0.5?2slm的速率向炉腔内通入Cl2与惰性气体的混合气体退火S1 2栅介质层，设定炉腔压力为100?lOOOmbar，保持时间30?180min ；
[0033]优选混合气体中Cl2的体积含量为1%?10%，更优选I %?3%，稀释用的惰性气体可以为队或Ar。
[0034]步骤五、冷却过程:在惰性气氛(如氮气或氩气)中自然降温降至室温，最后取出生长有S12栅介质层的SiC外延片。
[0035]对得到的生长有S12栅介质层的SiC外延片进行测试，IV曲线说明临界击穿电场升高至> 10MV/cm，薄膜的致密性变好，进一步说明使用(312与惰性气体的混合气体退火能减少S12层中的氧空位陷阱电荷。
[0036]本发明提供的制备SiC MOSFET栅氧化层的方法，使用Cl2退火栅介质S1jl，可以消除S1JI介质层中的氧空位陷阱电荷，提高SiC MOSFET器件中S1jI介质层的临界击穿电场和耐压能力。
【附图说明】
[0037]图1为SiC MOSFET的结构示意图；
[0038]图2为制备SiC MOSFET栅氧化层的方法中的炉腔温度变化图；
[0039]图3为对比例的1-V曲线图；
[0040]图4为实施例的1-V曲线图。
【具体实施方式】
[0041]本发明涉及的SiC MOSFET器件的结构可以是N型沟道器件，也可以是P型沟道器件。如图1所示，其包括在SiC衬底12上方生长的外延层14，所述外延层14可以为η型或P型，其通过例如MOCVD的方法通过注入不同类型和浓度的掺杂离子形成，掺杂氮离子对应N型外延层，掺杂铝离子对应P型外延层。在特定的实施方案中，外延层14可以具有约12微米的厚度和可以具有约5Χ 115CnT3的掺杂剂浓度。氮和/或磷离子可以被注入到外延层14中以形成η+源/漏区域16。栅氧化层18在外延层14上之间且延伸到源/漏区域16的上面。该控制氧化层18的厚度可以取决于装置的期望的工作参数。栅接触20在控制氧化物18上形成。该栅接触20可以包含，例如硼-掺杂多晶硅和/或蒸发铝。硼-掺杂多晶硅可以用来帮助调整装置的阈电压达到期望水平。用其它杂质掺杂的多晶硅，包含η型杂质，也可以被用作为栅接触20。同时镍源/漏极接触22、24可以在源/漏区域16上形成。
[0042]实施例
[0043]实验使用的SiC晶圆衬底采购自美国CREE公司，N型，厚度为(350±25) μ m，电阻率为(0.012-0.025) Ω.cm ;外延由翰天天成电子科技(厦门)有限公司完成，外延厚度12口111，厚度均匀性< 5%，掺杂浓度lE16cm_3，掺杂浓度均匀性< 10%。使用的高温氧化炉为 Centrotherm 公司生产，型号为 Oxidator 150-5。
[0044]IV测试使用AGILENT4155半导体特性分析仪，使用0.2V扫描电压从OV直至S12栅介质层击穿。
[0045]制备SiC MOSFET栅氧化层的方法如图2所示，包括:
[0046]步骤一、升温过程，对应图2中的Tl —T2:将RCA清洗后的SiC外延片置于SiC高温氧化炉中，以6°C /cm的升温速率升温至1300°C的氧化温度。
[0047]步骤二、氧化过程，对应图2中的T2 — T3:采用干法氧化，在步骤一设定的氧化温度下，以Islm的速率向炉腔内通入氧化气体O2，设定炉腔压力为750mbar，保持时间60min。
[0048]步骤三、降温过程，对应图2中的T3 — T4:以6°C /cm的降温速率，将高温氧化炉内的温度降至800°C的退火温度。
[0049]步骤四、退火过程，对应图2中的T4 —T5:在步骤三设定的退火温度下，以Islm的速率向炉腔内通入Cl2与惰性气体的混合气体退火S12栅介质层，Cl 2与惰性气体的体积比为100:1，设定炉腔压力为750mbar，保持时间120min。
[0050]步骤五、冷却过程，对应图2中的T5 — T6:在氮气气氛中自然降温降至室温，最后取出生长有S12栅介质层的SiC外延片。
[0051]对比例
[0052]除步骤四在同等温度、压力和时间下，以Islm的速率向炉腔内通入N2退火S1JI介质层，其它步骤与实施例相同。
[0053]对得到的栅介质S12层进行测试，图3为对比例的IV曲线。其中横坐标为临界击穿电场值(Eb，单位MV/cm)，纵坐标为电流密度值(J，单位A/cm2)，说明退火后S12栅介质层的临界击穿电场〈10MV/cm。
[0054]图4为实施例的IV曲线，测试条件与对比例相同。说明退火后S12栅介质层的临界击穿电场>10MV/cm。临界击穿电场值直接反映S1jI介质层的击穿能力，间接反映薄膜的致密性，临界击穿电场升高说明S1JI介质层的致密性变好，进一步说明使用Cl 2与惰性气体的混合气体退火能减少S1Jl中的氧空位陷阱电荷，提高S12栅介质层的临界击穿电场和耐压能力。
[0055]应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
【主权项】
1.一种制备SiC MOSFET栅氧化层的方法，包括:在SiC外延层上热生长S1 2栅氧化层，然后在500?1000°C，优选700?800°C下包含Cl2的环境中退火该栅氧化层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用惰性气体与Cl2的混合气体退火，混合气体中Cl2的体积含量为I %?10%，优选I %?3%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，Cl2以0.5?2slm的速率通入，退火压力为100?lOOOmbar，保持时间3O?I8Omin0
4.一种制备SiC MOSFET栅氧化层的方法，包括: 步骤一、将SiC外延片升温至氧化温度的升温过程； 步骤二、氧化温度下，在SiC外延片上生长S12栅介质层的氧化过程； 步骤三、将生长有S12栅介质层的SiC外延片降温至退火温度的降温过程； 步骤四、退火温度下通入(:12与惰性气体的混合气体，对生长有S1 2栅介质层的SiC外延片进行退火的退火过程；和 步骤五、将退火后的生长有S12栅介质层的SiC外延片降温的冷却过程。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述升温过程为将RCA清洗后的SiC外延片置于高温氧化炉中，升温至1000?1400°C，优选1300?1400°C的氧化温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧化过程为在氧化温度下，以0.5?2slm的速率向炉腔内通入氧化气体02或H 20，设定炉腔压力为100?lOOOmbar，保持时间10 ?180mino
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述降温过程为将高温氧化炉内的温度降至500?1000°C，优选700?800°C的退火温度。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述退火过程为在退火温度下，以0.5?2slm的速率向炉腔内通入Cl2与惰性气体的混合气体退火S1 2栅介质层，设定炉腔压力为100 ?lOOOmbar，保持时间 30 ?180min。
9.根据权利要求4或8所述的方法，其特征在于，混合气体中Cl2的体积含量为I %?10%，优选1%?3%。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述冷却过程为在惰性气氛中自然降温至室温。
【专利摘要】本发明涉及一种制备SiC MOSFET栅氧化层的方法，属于SiC MOSFET器件领域。所述方法包括在SiC外延层上热生长SiO2栅氧化层，然后在500～1000℃，优选700～800℃下，包含Cl2的环境中退火该栅氧化层。优选以0.5-2slm的速率通入Cl2与惰性气体的混合气体，退火压力为100～1000mbar，保持时间30～180min。所述方法使用Cl2退火栅介质SiO2层，可以消除SiO2栅介质层中的氧空位陷阱电荷，提高SiC MOSFET器件中SiO2栅介质层的临界击穿电场和耐压能力。
【IPC分类】H01L21-04, H01L21-28
【公开号】CN104637801
【申请号】CN201510047816
【发明人】李诚瞻, 刘可安, 赵艳黎, 周正东, 吴佳, 杨勇雄, 丁荣军
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月30日