SiC基器件的栅介质层结构及栅介质层的形成方法技术

本发明专利技术公开了一种SiC基器件的栅介质层的形成方法，该形成方法包括以下步骤：提供SiC衬底；在所述SiC衬底之上形成氧化硅层；在所述氧化硅层之上形成金属层；对所述金属层进行热处理以形成金属氧化物层；以及在所述金属氧化层之上形成栅电极。本发明专利技术的SiC基器件的栅介质层的形成方法，可以提高SiC基器件的抗击穿能力和稳定性，提高电子迁移率，降低漏电流，提高制备效率。本发明专利技术还提出一种采用该方法形成的SiC基器件的栅介质层结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，尤其涉及一种SiC基器件的栅介质层的形成方法和SiC基器件的栅介质层结构。
技术介绍
碳化硅(SiC)是一种性能优异的宽禁带半导体材料，不但具有禁带宽、热导率高、击穿场强高、饱和电子漂移速率高等特点，而且还具有极好的物理及化学稳定性、极强的抗辐照能力和机械强度等。因此，SiC可用于研制高温、大功率、高频功率器件。目前，SiC基MOS功率器件的绝缘栅介质层主要通过高温热氧化SiC表面，形成SiO2介质层，再进行退火处理。但是，热氧化SiC衬底而形成的SiO2层的介电常数和SiC相比较低，使得SiO2内部的场强比SiC衬底高，常常导致SiO2比SiC先被击穿，显示不出SiC材料的优越性。其次、SiO2与SiC衬底之间有较多的界面态，界面态对载流子的散射导致MOS器件沟道的载流子迁移率比SiC体材料低一个数量级，另外，由于SiC表面高温氧化后，还有大量碳颗粒残余，SiO2介质层质量偏差，SiC基MOS器件的电子迁移率及可靠性得不到保障。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种SiC基器件的栅介质层的形成方法，该形成方法可以提高SiC基器件的抗击穿能力和稳定性。本专利技术的另一个目的在于提出一种采用该形成方法形成的SiC基器件的栅介质层结构。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出一种SiC基器件的栅介质层的形成方法，该形成方法包括以下步骤：提供SiC衬底；在所述SiC衬底之上形成氧化硅层；在所述氧化硅层之上形成金属层；对所述金属层进行热处理以形成金属氧化物层；以及在所述金属氧化层之上形成栅电极。根据本专利技术实施例的SiC基器件的栅介质层的形成方法，通过在SiC衬底之上形成氧化硅层，进而在氧化硅层之上形成金属层，并对金属层进行热处理以形成金属氧化物层，
也就是说，介质层包括氧化硅膜和金属氧化物层复合层，与单纯的二氧化硅介质层相比，在同样厚度下，金属氧化物层具有更大的电容参数，击穿强度更大，具有更大的击穿电压，所以可以提高SiC基器件的抗击穿能力和稳定性。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例还提出一种SiC基器件的栅介质层结构，该栅介质层结构包括：SiC衬底；形成在所述SiC衬底之上的氧化硅层；形成在所述氧化硅层之上的金属氧化物层；以及形成所述金属氧化层之上的栅电极。根据本专利技术实施例的SiC基器件的栅介质层结构，介质层包括氧化硅膜和金属氧化物层复合层，与单纯的二氧化硅介质层相比，在同样厚度下，金属氧化物层具有更大的电容参数，击穿强度更大，具有更大的击穿电压，所以可以提高SiC基器件的抗击穿能力和稳定性。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的SiC基器件的栅介质层的形成方法的流程图；图2是根据本专利技术的一个具体实施例的在SiC衬底上形成氧化硅层的示意图；图3是根据本专利技术的另一个具体实施例的在氧化硅层上沉积金属的示意图；以及图4是根据本专利技术的再一个实施例的在氧化硅层上形成金属氧化物层的示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。针对目前SiC基MOS器件栅介质层存在介电常数低、界面态密度高和载流子迁移率低等缺点，本专利技术实施例提供一种具有高介电常数、高临界电场以及与SiC界面态密度低的主要用于MOS器件的绝缘栅介质层及其形成方法。下面参照附图描述根据本专利技术实施例的SiC基器件的栅介质层的形成方法和采用该方法形成的SiC基器件的栅介质结构。首先对本专利技术实施例的SiC基器件的栅介质层的形成方法进行说明。图1为根据本专利技术的一个实施例的SiC基器件的栅介质层的形成方法的流程图，如图1所示，该形成方法包括以下步骤：S1,提供SiC衬底。具体地，按照常规的工艺步骤，还需要对SiC衬底进行清洗和干燥，以保证SiC衬底的清洁。具体地，将SiC衬底打标、清洗干净，并且干燥例如烘干水分。S2，在SiC衬底之上形成氧化硅层。在本专利技术的一个实施例中，可以通过等离子体化学气相沉积PECVD的方法在SiC衬底之形成氧化硅层(SiO2)，可以通过优化其生长温度、生长气压和生长时间来减少氧化硅层与SiC衬底的界面态密度，从而可以减低对载流子输运的散射，提高载流子迁移率。另外，由化学气相沉积得到的SiO2层没有如热氧化SiC得到的SiO2存在的大量残留物碳(C)，从而可以减小器件的漏电流，增强器件的可靠性。具体地，如图2所示，利用PECVD方法将一层二氧化硅(SiO2)沉积至按照标准清洗、干燥后的SiC衬底上，其中，SiC衬底10和氧化硅层20。氧化硅层的厚度很薄，具体地厚度可以为7-9nm，例如沉积8nm的SiO2，沉积温度为300-400度例如设置温度350℃，并控制功率、气体流量以及沉积气压，以得到较有质量的SiO2薄膜，在本专利技术的一个实施例中，气体流量可以为500-1500毫升每分钟、沉积气压为1500-2500毫托、沉积功率为10-30瓦，例如，设置气体流量为900sccm(毫升每分钟)、沉积气压为2000mTorr(毫托)、沉积功率为20W(瓦)。进一步地，可以对氧化硅层进行氧气氛围的热处理即退火和冷却，形成富氧的高质量膜层，其中，在本专利技术的一个实施例中，退火温度可以为1000-1100℃，例如，设置退火温度为1050℃，退火气氛为高纯(99.999％)氮气和氧气的混合物,退火时间可以为30分钟，从而可以尽量减小SiC和氧化硅层之间的界面态密度，并且使得氧化硅层的上表面呈现富氧态，为后续步骤提供方便。S3，在氧化硅层之上形成金属层。具体地，通过电子束沉积方法在氧化硅层上沉积金属层例如金属为铝(Al)，如图3所示，金属层30，金属层的厚度可以为20-40nm，例如沉积30nm的Al层。S4，对金属层进行热处理以形成金属氧化物层。在本专利技术的一个实施例中，对金属层进行热处理时，热处理的温度可以为400-500度，热处理的气氛为氮气和氧气的混合气体。具体地，将沉积金属层即Al层之后的SiC在氧氛围中进行热处理，通过控制氧化时间，使得金属Al完全氧化，形成氧化铝即Al2O3，如图4所示，金属氧化物层40，热处理的温度设置为450℃。另外，通过上述对氧化硅层的氧氛围中的热处理，使得氧化硅层的上表面处于富氧态，从而更加便于金属氧化物即Al2O3的形成。与SiO2层相比，Al2O3层的介电常数大，因此在同样厚度下其具有更大的电容参数，同时Al2O3层的击穿强度大，在同样厚度下，Al2O3层具有更大的击穿电压，所以可以提高SiC基器件的抗击穿能力和稳定性。S5，在金属氧化层之上形成栅电极。具体地，本专利技术实施例的SiC基器件栅介质层由两层材料膜层组成，即氧化硅层
和金属氧化物层例如SiO2层和Al2O3层，在对金属氧化物层进行热处理之后，在复合绝缘介质叠栅结构即SiO2/Al2O3结构上沉积栅电极，形成SiC基器件，完成制备。其中，金属铝(Al)和化学气相沉积的SiO2薄膜的沉积速率远大于热氧化SiC得到SiO2，因此，可以提高器件的制备效率，降低成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC基器件的栅介质层的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供SiC衬底；在所述SiC衬底之上形成氧化硅层；在所述氧化硅层之上形成金属层；对所述金属层进行热处理以形成金属氧化物层；以及在所述金属氧化层之上形成栅电极。

【技术特征摘要】
1.一种SiC基器件的栅介质层的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供SiC衬底；在所述SiC衬底之上形成氧化硅层；在所述氧化硅层之上形成金属层；对所述金属层进行热处理以形成金属氧化物层；以及在所述金属氧化层之上形成栅电极。2.如权利要求1所述的SiC基器件的栅介质层的形成方法，其特征在于，所述金属为Al，所述热处理的温度为400-500℃，所述热处理的气氛为氮气和氧气的混合气体。3.如权利要求1所述的SiC基器件的栅介质层的形成方法，其特征在于，所述在所述SiC衬底之上形成氧化硅层具体包括：通过等离子体化学气相沉积PECVD的方法在所述SiC衬底之形成氧化硅层，其中，所述沉积温度为300-400℃，气体流量为500-1500毫升每分钟、沉积气压为1500-2500毫托、沉积功率为10-30瓦。4.如权利要求1或3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚金才，朱超群，陈宇，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44