一种改善SiCMOSFET器件沟道迁移率的方法

一种改善SiC MOSFET器件沟道迁移率的方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件的制作，具体涉及一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，以提高MOSFET器件的沟道迀移率并减小SiC/Si02界面态密度，从而提高其在高温、大功率应用时的可靠性。
【【背景技术】】
[0002]SiC具有独特的物理、化学及电学特性，是在高温、高频、大功率及抗辐射等极端应用领域极具发展潜力的半导体材料。SiC功率MOSFET的最佳工作状态与栅介质绝缘层界面特性及体特性紧密相关。目前SiC MOS器件生产主要存在的问题为如何提高器件的沟道迀移率，而为此目的国内外采用过很多种方式，如传统的Ar、H2退火、氮氧化物退火(NO、N2O)，氧化前N离子注入，而这些都是通过在界面处导入更多的H及N元素的原理以降低界面态密度，在SiC/Si02界面引入氮元素可以形成较强的S1-N键和O-N键，使得SiC/S1 2界面及其附近的氧化层得到了一定程度的硬化，从而改善氧化层的击穿特性和可靠性，氮化S12膜最早是在1997年采用的，采用NO退火以期减小界面态密度，但是无论采用NO或者N2O氮化，在MOS器件界面引入的氮元素很少，SiC MOSFET器件的沟道迀移率也仅有30-40cmVs_1,F.Allerstan等人通过试验发现SiC/Si02界面通过钠钝化之后可以将Si面反型沟道迀移率提高到ISOcm2V-1 s—1，但是钠离子在偏压的作用下会移动导致阈值电压的不稳定，因此利用钠元素钝化也并不是很好的方法。
【
【发明内容】
】
[0003]针对上述问题，本发明提供一种改善SiC MOSFET器件沟道迀移率的方法，在沟道中通过离子注入方法注入As元素，能够有效提高SiC MOSFET器件沟道迀移率，并且为了避免离子注入高温退火所带来的“step bunching”而采用碳膜做保护，并没有因此而损伤器件的特性，同时采用NO原位退火有效的减小界面态密度，改善SiC MISFET器件在高温、大功率应用时的可靠性。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种改善SiC MOSFET器件沟道迀移率的方法，包括以下步骤:
[0005]SI:SiC MOSFET器件基片表面清洗；
[0006]S2:将步骤SI清洗后的SiC MOSFET器件进行离子注入；
[0007]S3:在步骤S2处理后的SiC MOSFET器件的表面形成碳保护膜；
[0008]S4:将步骤S3处理后的SiC MOSFET器件进行去除表面碳膜处理；
[0009]S5:将步骤S4处理后的SiC MOSFET器件进行3丨02栅介质层的生长；
[0010]S6:在步骤S5处理后的SiC MOSFET器件表面形成源漏欧姆接触；
[0011]S7:将步骤S5处理后的SiC MOSFET器件进行栅图形的形成；
[0012]S8:将步骤S6处理后的SiC MOSFET器件进行电极制作，即完成SiC MOSFET器件沟道迀移率的改善。
[0013]特别的，所述步骤S2具体包括以下步骤:
[0014]S21高温氮离子注入:将步骤SI清洗后的SiC MOSFET器件放入高温离子注入机，在400°C的温度下分四次进行高温氮离子注入，所述氮离子注入剂量和能量分别为:4.14 X 10ncm_2/30K，4.37 X 10ncm_2/55K，4.61 X 10ncm_2/80K，12.1 X 10ncm_2/125K ；
[0015]S22将步骤S21处理后的SiC MOSFET器件放入体积比为1: 10的HF与水的混合溶液漂洗，去除表面的S1Jl，所述HF的浓度为40% ；
[0016]S23源漏高温离子注入，具体按照以下步骤实施:
[0017]S231将步骤S22处理后的SiC MOSFET器件采用等离子体增强化学气相沉积法进行表面3;102层的淀积，所述S1 2层的厚度为60?70nm ；
[0018]S232在淀积了 S12层的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并光刻出源、漏区域；
[0019]S233在HF酸溶液当中将SiC MOSFET器件未经光刻胶保护的3丨02层清洗掉，露出源漏高温离子注入区域；
[0020]S234将步骤S233处理后的SiC MOSFET器件放入高温离子注入机，在400 °C的温度下分四次进行高温氮离子注入，在400°C下分四次进行高温氮离子注入，所述氮离子注入剂量和能量分别为:5X 1014cnT2/30K，6.0X 1014cnT2/60K，8X 1014cnT2/120K，1.5X1015cm_2/190K ；
[0021]S235将步骤S234处理后的SiC MOSFET器件在HF溶液中进行清洗，去除SiCMOSFET器件表面的S1JI挡层。
[0022]特别的，所述步骤S3具体包括以下步骤:
[0023]S31对步骤S2处理后的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，放入烤箱中在90°C下前烘I分钟；
[0024]S32将步骤S31处理后的SiC MOSFET器件放入高温退火炉中，在600 °C下保持30分钟，进行碳化处理后，进行降温处理。
[0025]特别的，所述步骤S4具体包括以下步骤:
[0026]S41将步骤S3处理后的SiC MOSFET器件放于高温退火炉中，将有碳膜的一面朝下，抽真空到KT7Torr，充氩气，逐步升温到1600°C，在1600°C停留30分钟，进行高温离子注入退火，降至常温后取出；
[0027]S42采用反应离子刻蚀法将步骤S41处理后的SiC MOSFET器件表面的碳膜去除。
[0028]特别的，所述步骤S5具体包括以下步骤:
[0029]S51将步骤S4中处理后的SiC MOSFET器件放入高温氧化炉中，在1180°C条件下通入氧气，在干氧条件下氧化SiC MOSFET器件正面10小时，生成厚度为51nm的S12氧化膜；
[0030]S52将步骤S51处理后的SiC MOSFET器件生成的3丨02氧化膜在1175°C条件下进行2小时的NO退火。
[0031]特别的，所述步骤S5还包括步骤B5:将步骤S4处理后的SiC MOSFET器件牺牲氧化层的生长处理。
[0032]特别的，所述步骤B5具体包括以下步骤:
[0033]B51将步骤S4处理后的SiC MOSFET器件放入高温氧化炉中，在1200°C的纯干氧条件下氧化表面30min，使表面生成厚度为20nm的S12氧化膜；
[0034]B52将步骤SBl处理后的SiC MOSFET器件放入HF酸中，将表面的氧化层清洗掉。
[0035]特别的，所述步骤S6具体包括以下步骤:
[0036]S61对步骤S5处理后的SiC MOSFET器件表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理；
[0037]S62在步骤S61处理后的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，光刻出源漏欧姆接触孔；
[0038]S63对步骤S62处理后SiC MOSFET器件表面上蒸发厚度分别为150nm/50nm/200nm的Al/Ni/Au作为欧姆接触金属；
[0039]S64对步骤S63处理后的SiC MOSFET器件进行剥离，形成源漏欧姆接触图形；
[0040]S65将步骤S64处理后的SiC MOSFET器件置于退火炉中，在950°C下合金退火30分钟。
[0041]特别的，所述步骤S7具体包括以下步骤:
[0042]S71对步骤S5处理后的SiC MOSFET器件表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理；
[0043]S72在步骤S71处理后的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，利用栅版光刻出栅金属区域；
[0044]S73对步骤S72处理后SiC MOSFET器件表面上蒸发厚度分别为20nm/240nm的Ni/Au作为栅接触金属；
[0045]S74利用剥离方法形成栅图形。
[0046]特别的，所述步骤S8具体包括以下步骤:
[0047]S81在步骤S8处理后的SiC MOSFET器件表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理；
[0048]S82在步骤S91处理后的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，利用互连电极光刻版刻出互连区域；
[0049]S83对步骤S92处理后SiC MOSFET器件表面上蒸发厚度分别为50nm/200nm的Ti/Au作为互连接触金属；
[0050]S84利用剥离方法形成栅、源、漏互连图形，即完成iC MOSFET器件沟道迀移率的改善。
[0051]相较于现有技术，本发明提供一种改善SiC MOSFET器件沟道迀移率的方法，通过在沟道中通过离子注入方法注入As元素，能够增加器件在强反型工作时的少子浓度，从而有效提高SiC MOSFET器件沟道迀移率，并且为了避免离子注入高温退火所带来的“st印bunching”而采用碳膜做保护，并没有因此而损伤器件的特性，同时采用NO原位退火有效的减小界面态密度，改善SiC MISFET器件在高温、大功率应用时的可靠性。
【【附图说明】】
[0052]图1为本发明一种改善SiC MOSFET器件沟道迀移率的方法改善后的效果图；
[0053]图2为本发明一种改善SiC MOSFET器件沟道迀移率的方法改善后的迀移率变化图。
【【具体实施方式】】
[0054]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下采用4H_SiCP型外延片样品结合实施例对本发明进一步详细说明。
[0055]实施例1
[0056]一种改善SiC MOSFET器件沟道迀移率的方法，具体按照以下方法实施:
[0057]SI采用RCA标准清洗法对4H_SiC P型外延片样品进行表面清洗，具体按照以下步骤进行清洗:
[0058]Sll 将4H-SiC P型外延片样品依次浸在丙酮、无水乙醇中各5min，再用去离子水冲洗，以去除外延片样品表面的油脂；
[0059]S12将Sll清洗后的4H-SiC P型外延片样品置于H2204: H2O2= I: K体积比)的溶液中浸泡15min，H2S04的浓度为98%，H202的浓度为27%，然后用去离子水冲洗；
[0060]S13将S12清洗后的4H-SiC P型外延片样品置于HF: H2O = I: 10(体积比)的溶液中浸泡Imin以漂去自然氧化层，HF酸的浓度为40%，并用去离子水冲洗；
[0061]S14将S13清洗后的4H-SiC P型外延片样品浸在NH4OH: H2O2: DIff =3:3: 10(体积比)的溶液中煮沸，NH40H的浓度为28%，H202的浓度为27%，再用去离子水冲洗；
[0062]S15将S14清洗后的4H_SiC P型外延片样品置于HF: H2O = I: 10 (体积比)的溶液中浸泡30s，HF酸的浓度为40%，并用去离子水冲洗；
[0063]S16将S15清洗后的4H-SiC P型外延片样品在HCl: H2O2: DIff = 3: 3: 10(体积比)的溶液中煮沸，HCl的浓度为10%，H2O2的浓度为27%，用去离子水冲洗；
[0064]S17将S16清洗后的4H_SiC P型外延片样品在HF: H20 = 1: 10 (体积比)的溶液中浸泡30s，并用去离子水冲洗，HF酸的浓度为40%，最后用队枪吹干。
[0065]S2将步骤SI清洗后的4H_SiC P型外延片样品进行离子注入，具体按照以下步骤实施:
[0066]S21将步骤S17清洗过的4H_SiC P型外延片样品放入高温离子注入室进行沟道As离子注入，将温度调为400°C，所述氮离子注入剂量和能量分别为:4.14X10nCm_2/30K，4.37 X 10ncm_2/55K，4.61 X 10ncm_2/80K，12.1 X 10ncm_2/125K ；
[0067]S22将步骤S21处理后的4H-SiC P型外延片样品放入体积比为1: 10的HF与水的混合溶液漂洗，去除表面的S1Jl，所述HF的浓度为40% ；
[0068]S23源漏高温离子注入，具体按照以下步骤实施:
[0069]S231将步骤S22处理后的4H_SiC P型外延片样品的外延片放入等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n，以下简称 PECVD)反应室，在300°C的条件下使其表面淀积厚度为60nm的3102层；
[0070]S232在淀积了 Si02层的4H_SiC P型外延片样品面涂光刻胶；之后用甩胶进行甩胶处理后，80°C下进行前烘，前烘时间为10?15min，之后利用源漏注入光刻版对前烘之后的外延片样品曝光后，在正性显影液中显影，溶液温度为20°C，显影时间为85s ;之后将显影之后的外延片在超纯水进行坚膜，水温度为20°C，坚膜时间为85s ;之后在等离子体去胶机中去掉曝光过的光刻胶，露出有效源漏区域；
[0071]S233在HF酸溶液当中将4H_SiC P型外延片样品未经光刻胶保护的S12层清洗掉，露出源漏高温离子注入区域；
[0072]S234将步骤S233处理后的4H_SiC P型外延片样品放入高温离子注入机中进行源漏N+离子注入，将温度调为400 °C，注入剂量与能量如下5 X 1014cm_2/30K，6.0X 1014cnT2/60K，8X 1014cnT2/120K，1.5 X 1015cm_2/190K，注入浓度为 I X 102°cnT3左右，深度为0.3μπι左右；
[0073]S235对步骤S234处理后的4H_SiC P型外延片样品在体积比为1: 10的HF与水的混合溶液漂洗，去除表面的Si02层，所述HF的浓度为40%。
[0074]S3:在步骤S2处理后的4H_SiC P型外延片样品的表面形成碳保护膜，具体按照以下步骤实施:
[0075]S31对步骤S235处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，放入烤箱中在90°C下前烘I分钟；
[0076]S32将步骤S31处理后的4H_SiC P型外延片样品放入高温退火炉中，碳面朝上；之后抽真空2小时，使高温退火炉压力达到4?5E-7Torr后，充Ar气，设置输出压为12psi ；之后打开风扇，首先将电源功率调至10%，然后按照5% /2min速度调到30%的电源功率，然后细调电源功率按照2% /2min的功率调至温度上升到600°C，在600°C下保持30分钟后，关掉升温电源功率调节旋钮，拿出带有碳膜的4H-SiC P型外延片样品.
[0077]S4:将步骤S3处理后的4H_SiC P型外延片样品进行去除表面碳膜处理，具体按照以下步骤实施:
[0078]S41将步骤S32处理后的4H_SiC P型外延片样品放入高温氧化炉中，带有碳面的一面朝下；之后抽真空，使高温氧化炉内压力达到4?5E-7T0rr后，充Ar气，设置输出压为12psi ;之后打开风扇，首先将电源功率调至60%，然后按照1% /1s速度调至温度上升到1600°C，在1600°C下保持30分钟，后关掉升温电源功率调节旋钮，拿出带有碳膜的经过高温离子注入退火之后的4H-SiC P型外延片样品；
[0079]S42:将步骤S41处理后的4H_SiC P型外延片样品放入反应离子刻蚀(Reactive1n Etching，以下简称RIE)腔体中充N2，打开RIE反应室门；之后将4H_SiC P型外延片样品放置在腔体正中，带有碳膜的一面朝上，用镊子压紧，关上反应室门然后拧紧阀门后开始通O2，流速47sCCm ;打开射频网络适配器，调节功率设置为18±3W，并开始计时90分钟去除SiC样品表面的碳膜；之后关掉射频网络适配器，关掉O2后。充N 2直到反应室腔门可以自动打开，取出样品进行RCA清洗。
[0080]B5:将步骤S4处理后的4H-SiC P型外延片样品牺牲氧化层的生长处理，具体按照以下步骤实施:
[0081]B51:将步骤S42处理后的4H_SiC P型外延片样品放入高温氧化炉中，在1200°C的纯干氧条件下氧化表面30min，使表面生成厚度为20nm的S12氧化膜；
[0082]B52将步骤B51处理后的4H-SiC P型外延片样品放入HF酸中，将表面的氧化层清洗掉。
[0083]S6:将步骤B5处理后的4H-SiC P型外延片样品进行S12栅介质层的生长，具体按照以下步骤实施:
[0084]S51将步骤B52中处理后的4H_SiC P型外延片样品放入高温氧化炉中，放入高温氧化炉中，在温度为750°C的N2环境中推入氧化炉恒温区中；之后按3°C /min速率对恒温区进行升温，当温度升至1180°C时通入氧气，氧气流量为0.51/min，在纯干氧条件下氧化外延片表面10小时，在外延片正面生成厚度为51nm的S12氧化膜后关掉02，打开Ar，通Ar气15分钟；
[0085]S52按照3°C /min速率对恒温区进行升温，当温度升到1175°C时，打开NO，流量577sccm，时间2小时；之后关掉NO气体，将高温氧化炉炉温降到900°C，完成4H_SiC P型外延片样品的NO退火处理，之后停止Ar气体的输入，取出样品。
[0086]S6:在步骤S5处理后的4H_SiC P型外延片样品表面形成源漏欧姆接触，具体按照以下步骤实施:
[0087]S61对步骤S52处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理；
[0088]S62在步骤S61处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理；之后将甩过胶的4H-SiC P型外延片样品在80°C下前烘10?15min后，利用源漏接触光刻版对前烘之后的外延片曝光；之后在正性显影液中显影，溶液温度为20°C，显影时间为85s ;之后将显影之后的外延片在超纯水进行坚膜，水温度为20°C，坚膜时间为85s ;之后在等离子体去胶机中去掉曝光过的光刻胶，露出有效源漏区域；之后将去过光刻胶的4H-SiC P型外延片样品在丙酮中浸泡5小时以及利用丙酮超声处理I分钟，然后再丙酮、酒精清洗各一次，去掉源漏欧姆接触区域的剥离胶，露出有效源漏接触区域；
[0089]S63将步骤S62处理后的4H_SiC P型外延片样品放入电子束蒸发室中，大面积蒸发三种金属Al/Ni/Au做源漏欧姆接触电极，其厚度分别为150nm、50nm和70nm ；
[0090]S64对步骤S63处理后的4H_SiC P型外延片样品进行剥离，形成源漏欧姆接触图形；
[0091]S65将步骤S64处理后的4H-SiC P型外延片样品置于退火炉中，在950°C下合金退火30分钟。
[0092]S7:将步骤S5处理后的4H_SiC P型外延片样品进行栅图形的形成，具体按照以下步骤实施:
[0093]S71对步骤S62处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理；
[0094]S72在步骤S71处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，然后对甩过胶的4H-SiC P型外延片样品在80°C下前烘10?15min ;之后利用栅光刻版对前烘之后的外延片曝光；在正性显影液中显影，溶液温度为20°C，显影时间为85s ;之后将显影之后的外延片在超纯水进行坚膜，水温度为20°C，坚膜时间为85s ;之后在等离子体去胶机中去掉曝光过的光刻胶，然后将去过光刻胶的外延片在丙酮中浸泡5小时以及利用丙酮超声I分钟，然后再丙酮、酒精清洗各一次，去掉栅金属区域的剥离胶，露出有效栅区域；
[0095]S73将步骤S72处理后4H_SiC P型外延片样品置于电子束蒸发室中，在去过胶的外延片正面大面积电子束蒸发Ni/Au金属做栅，蒸发其中Ni金属的厚度为20nm，Au金属的厚度为240nm ；
[0096]S74将步骤S73处理后的4H_SiC P型外延片样品利用剥离方法形成栅图形。
[0097]S8:将步骤S7处理后的SiC MOSFET器件进行电极制作，即完成SiCMOSFET器件沟道迀移率的改善，具体按照以下步骤实施:
[0098]S81在步骤S74处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理后，对甩过胶的4H-SiC P型外延片样品在80°C下前烘10?15min:
[0099]S82在步骤S81处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，利用互连接触版对前烘之后的外延片曝光；之后在正性显影液中显影，溶液温度为20°C，显影时间为85s ;之后将显影之后的外延片在超纯水进行坚膜，水温度为20°C，坚膜时间为85s ;之后在等离子体去胶机中去掉曝光过的光刻胶，然后将去过光刻胶的外延片在丙酮中浸泡5小时以及利用丙酮超声I分钟，然后再丙酮、酒精清洗各一次，去掉接触互连区域的剥离胶，露出有效接触区域；
[0100]S83对步骤S82处理后4H_SiC P型外延片样品放入电子束蒸发室当中，大面积蒸发 Ti/Au，厚度为 50nm/200nm ；
[0101]S84将步骤S83处理后4H-SiC P型外延片样品利用剥离方法形成栅、源、漏互连图形，通过剥离方法形成最后的电极接触即完成步骤S92处理后沟道迀移率的改善。
[0102]实施例2
[0103]与实施例1相比，本实施例的步骤更为简单，可以不采用牺牲氧化层，减少了工艺的繁琐程度，具体按照以下方法实施:
[0104]S1:采用RCA标准清洗法对4H-SiC P型外延片样品进行表面清洗，具体按照以下步骤进行清洗:
[0105]Sll将4H-SiC P型外延片样品依次浸在丙酮、无水乙醇中各5min，再用去离子水冲洗，以去除外延片样品表面的油脂；
[0106]S12将Sll清洗后的4H-SiC P型外延片样品置于H2204: H2O2= I: K体积比)的溶液中浸泡15min，H2S04的浓度为98%，H202的浓度为27%，然后用去离子水冲洗；
[0107]S13将S12清洗后的4H-SiC P型外延片样品置于HF: H2O = I: 10(体积比)的溶液中浸泡Imin以漂去自然氧化层，HF酸的浓度为40%，并用去离子水冲洗；
[0108]S14将S13清洗后的4H-SiC P型外延片样品浸在NH4OH: H2O2: DIff =3:3: 10(体积比)的溶液中煮沸，NH40H的浓度为28%，H202的浓度为27%，再用去离子水冲洗；
[0109]S15将S14清洗后的4H-SiC P型外延片样品置于HF: H2O = I: 10(体积比)的溶液中浸泡30s，HF酸的浓度为40%，并用去离子水冲洗；
[0110]A16将A15清洗后的4H-SiC P型外延片样品在HCl: H2O2: DIff =3: 3: 10(体积比)的溶液中煮沸，HCl的浓度为10%，H2O2的浓度为27%，用去离子水冲洗；
[0111]S17将S16清洗后的4H-SiC P型外延片样品在HF: H20 = I: 10(体积比)的溶液中浸泡30s，并用去离子水冲洗，HF酸的浓度为40%，最后用队枪吹干。
[0112]S2将步骤SI清洗后的4H_SiC P型外延片样品进行离子注入，具体按照以下步骤实施:
[0113]S21将步骤S17清洗过的4H-SiC P型外延片样品放入高温离子注入室进行沟道As离子注入，将温度调为400°C，所述氮离子注入剂量和能量分别为:4.14X10nCm_2/30K，4.37 X 10ncm_2/55K，4.61 X 10ncm_2/80K，12.1 X 10ncm_2/125K ；
[0114]S22将步骤S21处理后的4H-SiC P型外延片样品放入体积比为1: 10的HF与水的混合溶液漂洗，去除表面的S1Jl，所述HF的浓度为40% ；
[0115]S231将步骤S22处理后的4H-SiC P型外延片样品的外延片放入PECVD反应室，在300°C的条件下使其表面淀积厚度为60nm的S1jl ;
[0116]S232在淀积了 Si02层的4H_SiC P型外延片样品面涂光刻胶；之后用甩胶进行甩胶处理后，80°C下进行前烘，前烘时间为10?15min，之后利用源漏注入光刻版对前烘之后的外延片样品曝光后，在正性显影液中显影，溶液温度为20°C，显影时间为85s ;之后将显影之后的外延片在超纯水进行坚膜，水温度为20°C，坚膜时间为85s ;之后在等离子体去胶机中去掉曝光过的光刻胶，露出有效源漏区域；
[0117]S233在HF酸溶液当中将4H_SiC P型外延片样品未经光刻胶保护的S12层清洗掉，露出源漏高温离子注入区域；
[0118]S234将步骤S233处理后的4H-SiC P型外延片样品放入高温离子注入机中进行源漏N+离子注入，将温度调为400 °C，注入剂量与能量如下5 X 1014cm_2/30K，6.0X 1014cnT2/60K，8X 1014cnT2/120K，1.5 X 1015cm_2/190K，注入浓度为 I X 102°cnT3左右，深度为0.3μπι左右；
[0119]S235对步骤S234处理后的4H-SiC P型外延片样品在体积比为1: 10的HF与水的混合溶液漂洗，去除表面的Si02层，所述HF的浓度为40%。
[0120]S3:在步骤S2处理后的4H-SiC P型外延片样品的表面形成碳保护膜，具体按照以下步骤实施:
[0121]A31对步骤S235处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，放入烤箱中在90°C下前烘I分钟；
[0122]S32将步骤S31处理后的4H-SiC P型外延片样品放入高温退火炉中，碳面朝上；之后抽真空2小时，使高温退火炉压力达到4?5E-7Torr后，充Ar气，设置输出压为12psi ；之后打开风扇，首先将电源功率调至10%，然后按照5% /2min速度调到30%的电源功率，然后细调电源功率按照2% /2min的功率调至温度上升到600°C，在600°C下保持30分钟后，关掉升温电源功率调节旋钮，拿出带有碳膜的4H-SiC P型外延片样品.
[0123]S4:将步骤S3处理后的4H_SiC P型外延片样品进行去除表面碳膜处理，具体按照以下步骤实施:
[0124]S41将步骤S3处理后的4H_SiC P型外延片样品放入高温氧化炉中，带有碳面的一面朝下；之后抽真空，使高温氧化炉内压力达到4?5E-7T0rr后，充Ar气，设置输出压为12psi ;之后打开风扇，首先将电源功率调至60%，然后按照1% /1s速度调至温度上升到1600°C，在1600°C下保持30分钟，后关掉升温电源功率调节旋钮，拿出带有碳膜的经过高温离子注入退火之后的4H-SiC P型外延片样品；
[0125]S42:将步骤S41处理后的4H_SiC P型外延片样品放入反应离子刻蚀(Reactive1n Etching，以下简称RIE)腔体中充N2，打开RIE反应室门；之后将4H_SiC P型外延片样品放置在腔体正中，带有碳膜的一面朝上，用镊子压紧，关上反应室门然后拧紧阀门后开始通O2，流速47sCCm ;打开射频网络适配器，调节功率设置为18±3W，并开始计时90分钟去除SiC样品表面的碳膜；之后关掉射频网络适配器，关掉O2后。充N 2直到反应室腔门可以自动打开，取出样品进行RCA清洗。
[0126]S5:将步骤S42处理后的4H_SiC P型外延片样品进行3102栅介质层的生长，具体按照以下步骤实施:
[0127]S51将步骤S52中处理后的4H_SiC P型外延片样品放入高温氧化炉中，放入高温氧化炉中，在温度为750°C的N2环境中推入氧化炉恒温区中；之后按3°C /min速率对恒温区进行升温，当温度升至1180°C时通入氧气，氧气流量为0.51/min，在纯干氧条件下氧化外延片表面10小时，在外延片正面生成厚度为51nm的S12氧化膜后关掉02，打开Ar，通Ar气15分钟；
[0128]S52按照3°C /min速率对恒温区进行升温，当温度升到1175°C时，打开NO，流量577sccm，时间2小时；之后关掉NO气体，将高温氧化炉炉温降到900°C，完成4H_SiC P型外延片样品的NO退火处理，之后停止Ar气体的输入，取出样品。
[0129]S6:在步骤S5处理后的4H_SiC P型外延片样品表面形成源漏欧姆接触，具体按照以下步骤实施:
[0130]S61对步骤S52处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理；
[0131]S62在步骤S61处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理；之后将甩过胶的4H-SiC P型外延片样品在80°C下前烘10?15min后，利用源漏接触光刻版对前烘之后的外延片曝光；之后在正性显影液中显影，溶液温度为20°C，显影时间为85s ;之后将显影之后的外延片在超纯水进行坚膜，水温度为20°C，坚膜时间为85s ;之后在等离子体去胶机中去掉曝光过的光刻胶，露出有效源漏区域；之后将去过光刻胶的4H-SiC P型外延片样品在丙酮中浸泡5小时以及利用丙酮超声处理I分钟，然后再丙酮、酒精清洗各一次，去掉源漏欧姆接触区域的剥离胶，露出有效源漏接触区域；
[0132]S63将步骤S62处理后的4H_SiC P型外延片样品放入电子束蒸发室中，大面积蒸发三种金属Al/Ni/Au做源漏欧姆接触电极，其厚度分别为150nm、50nm和70nm ；
[0133]S64对步骤S63处理后的4H_SiC P型外延片样品进行剥离，形成源漏欧姆接触图形；
[0134]S65将步骤S64处理后的4H-SiC P型外延片样品置于退火炉中，在950°C下合金退火30分钟。
[0135]S7:将步骤S5处理后的4H_SiC P型外延片样品进行栅图形的形成，具体按照以下步骤实施:
[0136]S71对步骤S62处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理；
[0137]S72在 步骤S71处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，然后对甩过胶的4H-SiC P型外延片样品在80°C下前烘10?15min ;之后利用栅光刻版对前烘之后的外延片曝光；在正性显影液中显影，溶液温度为20°C，显影时间为85s ;之后将显影之后的外延片在超纯水进行坚膜，水温度为20°C，坚膜时间为85s ;之后在等离子体去胶机中去掉曝光过的光刻胶，然后将去过光刻胶的外延片在丙酮中浸泡5小时以及利用丙酮超声I分钟，然后再丙酮、酒精清洗各一次，去掉栅金属区域的剥离胶，露出有效栅区域；
[0138]S73将步骤S72处理后4H_SiC P型外延片样品置于电子束蒸发室中，在去过胶的外延片正面大面积电子束蒸发Ni/Au金属做栅，蒸发其中Ni金属的厚度为20nm，Au金属的厚度为240nm ；
[0139]S74将步骤S73处理后的4H_SiC P型外延片样品利用剥离方法形成栅图形。
[0140]S8:将步骤S7处理后的SiC MOSFET器件进行电极制作，即完成SiCMOSFET器件沟道迀移率的改善，具体按照以下步骤实施:
[0141]S81在步骤S74处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理后，对甩过胶的4H-SiC P型外延片样品在80°C下前烘10?15min:
[0142]S82在步骤S81处理后的4H_SiC P型外延片样品表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，利用互连接触版对前烘之后的外延片曝光；之后在正性显影液中显影，溶液温度为20°C，显影时间为85s ;之后将显影之后的外延片在超纯水进行坚膜，水温度为20°C，坚膜时间为85s ;之后在等离子体去胶机中去掉曝光过的光刻胶，然后将去过光刻胶的外延片在丙酮中浸泡5小时以及利用丙酮超声I分钟，然后再丙酮、酒精清洗各一次，去掉接触互连区域的剥离胶，露出有效接触区域；
[0143]S83对步骤S82处理后4H_SiC P型外延片样品放入电子束蒸发室当中，大面积蒸发 Ti/Au，厚度为 50nm/200nm ；
[0144]S84将步骤S83处理后4H-SiC P型外延片样品利用剥离方法形成栅、源、漏互连图形，通过剥离方法形成最后的电极接触即完成步骤S92处理后沟道迀移率的改善。
[0145]图1-图2为采用本发明提供的方法改善4H_SiC P型外延片样品沟道迀移率的改善效果图，由图可以看出，改善后的4H-SiC P型外延片样品沟道As离子注入以后，迀移率可以提高到ISOcm2V4iT1,仍旧能保持良好的晶体管工作特性。
[0146]应当理解的是，于本领域的技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种改善SiC MOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，包括以下步骤: 51:SiC MOSFET器件基片表面清洗； 52:将步骤SI清洗后的SiC MOSFET器件进行离子注入； 53:在步骤S2处理后的SiC MOSFET器件的表面形成碳保护膜； 54:将步骤S3处理后的SiC MOSFET器件进行去除表面碳膜处理； 55:将步骤S4处理后的SiC MOSFET器件进行3丨02栅介质层的生长； 56:在步骤S5处理后的SiC MOSFET器件表面形成源漏欧姆接触； 57:将步骤S5处理后的SiC MOSFET器件进行栅图形的形成； 58:将步骤S6处理后的SiC MOSFET器件进行电极制作，即完成SiCMOSFET器件沟道迀移率的改善。2.根据权利要求1所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤: S21高温氮离子注入:将步骤SI清洗后的SiC MOSFET器件放入高温离子注入机，在400°C的温度下分四次进行高温氮离子注入，所述氮离子注入剂量和能量分别为:4.14 X 10ncm_2/30K，4.37 X 10ncm_2/55K，4.61 X 10ncm_2/80K，12.1 X 10ncm_2/125K ； S22将步骤S21处理后的SiC MOSFET器件放入体积比为1: 10的HF与水的混合溶液漂洗，去除表面的S1Jl，所述HF的浓度为40% ； S23源漏高温离子注入，具体按照以下步骤实施: S231将步骤S22处理后的SiC MOSFET器件采用等离子体增强化学气相沉积法进行表面S1Jl的淀积，所述S1 2层的厚度为60?70nm ； S232在淀积了 S12层的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并光刻出源、漏区域； S233在HF酸溶液当中将SiC MOSFET器件未经光刻胶保护的3丨02层清洗掉，露出源漏高温离子注入区域； S234将步骤S233处理后的SiC MOSFET器件放入高温离子注入机，在400°C的温度下分四次进行高温氮离子注入，在400°C下分四次进行高温氮离子注入，所述氮离子注入剂量和能量分别为:5X 1014cnT2/30K，6.0X 1014cnT2/60K，8X 1014cnT2/120K，1.5X 1015cm_2/190K ； S235将步骤S234处理后的SiC MOSFET器件在HF溶液中进行清洗，去除SiC MOSFET器件表面的S1JI挡层。3.根据权利要求1所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤: S31对步骤S2处理后的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，放入烤箱中在90°C下前烘I分钟； S32将步骤S31处理后的SiC MOSFET器件放入高温退火炉中，在600 °C下保持30分钟，进行碳化处理后，进行降温处理。4.根据权利要求1所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤: S41将步骤S3处理后的SiC MOSFET器件放于高温退火炉中，将有碳膜的一面朝下，抽真空到10_7Torr，充氩气，逐步升温到1600°C，在1600°C停留30分钟，进行高温离子注入退火，降至常温后取出； S42采用反应离子刻蚀法将步骤S41处理后的SiC MOSFET器件表面的碳膜去除。5.根据权利要求1所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤: S51将步骤S4中处理后的SiC MOSFET器件放入高温氧化炉中，在1180°C条件下通入氧气，在干氧条件下氧化SiC MOSFET器件正面10小时，生成厚度为51nm的S12氧化膜；S52将步骤S51处理后的SiC MOSFET器件生成的3丨02氧化膜在1175°C条件下进行2小时的NO退火。6.根据权利要求1所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括步骤B5:将步骤S4处理后的SiC MOSFET器件牺牲氧化层的生长处理。7.根据权利要求6所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤B5具体包括以下步骤: B51将步骤S4处理后的SiC MOSFET器件放入高温氧化炉中，在1200°C的纯干氧条件下氧化表面30min，使表面生成厚度为20nm的S12氧化膜； B52将步骤SBl处理后的SiC MOSFET器件放入HF酸中，将表面的氧化层清洗掉。8.根据权利要求1所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括以下步骤: S61对步骤S5处理后的SiC MOSFET器件表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理； S62在步骤S61处理后的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，光刻出源漏欧姆接触孔； S63对步骤S62处理后SiC MOSFET器件表面上蒸发厚度分别为150nm/50nm/200nm的Al/Ni/Au作为欧姆接触金属； S64对步骤S63处理后的SiC MOSFET器件进行剥离，形成源漏欧姆接触图形； S65将步骤S64处理后的SiC MOSFET器件置于退火炉中，在950°C下合金退火30分钟。9.根据权利要求1所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括以下步骤: S71对步骤S5处理后的SiC MOSFET器件表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理； S72在步骤S71处理后的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，利用栅版光刻出栅金属区域； S73对步骤S72处理后SiC MOSFET器件表面上蒸发厚度分别为20nm/240nm的Ni/Au作为栅接触金属； S74利用剥离方法形成栅图形。10.根据权利要求1所述的一种改善SiCMOSFET器件沟道迀移率的方法，其特征在于，所述步骤S8具体包括以下步骤: S81在步骤S8处理后的SiC MOSFET器件表面涂剥离胶，并用甩胶进行甩胶处理； S82在步骤S91处理后的SiC MOSFET器件表面涂光刻胶，并用甩胶进行甩胶处理后，利用互连电极光刻版刻出互连区域； S83对步骤S92处理后SiC MOSFET器件表面上蒸发厚度分别为50nm/200nm的Ti/Au作为互连接触金属； S84利用剥离方法形成栅、源、漏互连图形，即完成iC MOSFET器件沟道迀移率的改善。
【专利摘要】一种改善SiC MOSFET器件沟道迁移率的方法，包括以下步骤：首先将SiC MOSFET器件基片表面清洗；之后进行离子注入；之后表面形成碳保护膜；之后进行去除表面碳膜处理；之后进行SiO2栅介质层的生长；之后进行表面形成源漏欧姆接触；之后进行栅图形的形成；之后进行电极制作，即完成SiC MOSFET器件沟道迁移率的改善。该改善SiC MOSFET器件沟道迁移率的方法改善了SiC MOSFET器件界面特性并提高了MIS器件沟道迁移率，可用于大规模SiC MIS器件和电路的制作。
【IPC分类】H01L29/78, H01L21/04
【公开号】CN104882367
【申请号】CN201510221211
【发明人】刘莉, 杨银堂
【申请人】刘莉
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月5日