公开了在碳化硅层上形成氧化层的方法，包括将碳化硅层放置在基本没有金属杂质的腔室中；将腔室的大气加热到大约５００℃到大约１３００℃的温度；在腔室中引入原子氧；以及使原子氧流过碳化硅层的表面，从而在碳化硅层上形成氧化层。在一些实施例中，引入原子氧包括在腔室中提供源氧化物；以及使氮气和氧气的混合物流过源氧化物。源氧化物可以包括铝的氧化物或诸如氧化锰的另一源氧化物。一些方法包括在碳化硅层上形成氧化层并且在包含原子氧的大气中退火氧化层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件的制造，更特别地，本专利技术涉及在碳化硅 (SiC)上制造氧化层。技术背景碳化硅(SiC)具有电性质和物理性质的组合，使其对于用于高温、 高压、高频和高功率电子器件的半导体材料相当有吸引力。这些性质包 括3. OeV的带隙、4MV/cm的电场击穿、4. 9W/cm-K的热导率以及2. 0 x107cm/s的电子漂移速度。在宽带隙化合物半导体材料中碳化硅具有形成自然氧化层的特有 性质。因此，可以在SiC层上形成热SiOz层。在SiC上形成热氧化物的 能力为使用碳化硅形成金属氧化物半导体(MOS)器件打开了大门，例 如包括MOS场效应晶体管(MOSFET) 、 MOS电容器、绝缘栅双极晶体管 (IGBT ) 、 MOS控制的半导体闸流管(MCT )、橫向扩散MOSFET( L睡SFET ) 以及其他相关的器件。在SiC具有上述的特有材料性质的前提下，与使 用其他半导体材料形成的器件相比，这种器件可以具有好得多的理论工 作特性，尤其是对于要求高功率、高电流容量和/或高频操作的应用。 相应地，充分利用MOS器件和得到的集成电路中SiC的电子性质需要适 当的SiC氧化技术。在硅衬底上热增长的SiOz的界面质量非常好。然而，热增长的 SiC/Si02界面的质量还没有达到与Si/Si02界面相同的水平。因此，对 于发展商业上可行的碳化硅MOS器件来说，碳化硅(SiC)上氧化物的 质量是个主要的障碍。实际上，在SiC晶体质量的最新发展下，氧化物 质量也许是实现商业上可行的SiC MOS功率器件和集成电路的最大障 碍。已经广泛报道SiC上的氧化物具有不可接受的高密度界面态(或陷 阱(trap))和固定的氧化物电荷，这两者对MOS器件性能都有不利影响。如此处所用的，术语态或陷阱指的是在半导体或绝缘体 材料的带隙内可得到的能级位置。界面陷阱或界面态可能位于半导体/绝缘体界面处或附近。界面态可能由于材料内悬桂的或未端接的原子键: 的存在而发生。因此，界面处电子态的密度可以指示界面处结晶无序的量。界面陷阱可以捕获电子电荷载体(即电子和/或空穴)，这在并入该界面的器件中可以产生不希望的工作特性。特别地，在SiC/Si02界面 处呈现的电子态可以减小SiC层中的表面电子迁移率。如果MOS器件的 栅氧化物具有高密度的界面态，则得到的器件可能具有减小的反型沟道 迁移率，增加的阈值电压、增加的导通电阻和/或其他不希望的特性。最近，热氧化物在一氧化氮(NO)环境中的退火已经显示了在不要 求P型阱注入的平面4H-SiC MOSFET结构中的希望。参考 M. K. Das， L. A. Lipkin， J. W. Palmour， G. Y. Chung, J. R. Wi 11 iams, K. Mcd-o nald和L. C. Feldman, High Mobility 4H-SiC Inversion Mode M0SFETs Using Thermally Grown, NO Annealed Si02 ，IEEE Device Research Conference, Denver, C0， June 19-21， 2000以及G. Y. Chung, C. C, Tin, J. R. Wi 11 iams， K. Mcdonald, R. A. Wei ler, S. T. Pa-n tel ides， L. C. Feldman，M. K. Das和J. W. Paltnour，已接收发表的 Improved Inversion Channel Mobility for 4H-SiC MOSFETs Fol lowing High Temperature Anneals in Ni trie Oxide ， IEEE Electron Device Letters ，其公开在此引入以供参考，好像全部在这里陈述一样。 显示这个退火相当大地减小了导带边缘附近的界面态密度，如在 G. Y. Chung， C. C. Tin, J. R. Wi 11 iams， K. Mcdonald, M. Di ventra,S. T. Pantelides，L. C. Feldman，和R.A. Weller， Effect of nitric oxide annealing on the interface trap densities near the band edges in the 4H poly type of s i 1 icon carbide ， Appl ied phys ics letters, Vol. 76, No. 13， pp. 1713-1715, March 2000中所描述的，其公 开在此引入好像全部陈述一样。由于改进的M0S界面在表面反型层中获 得高电子迁移率(35-95cmVVs)。不幸的是，N0是健康危害，其美国国家消防协会(NFPA)健康危险 等级是3，并且通常进行氧化后退火(post-oxidation anneal )的装置 朝着洁净室的大气打开。通常它们会被排出，但是室内超过安全水平的NO污染的危险是不可忽略的。在^0中生长氧化物是可能的，如在J. P.Xu, P.T. Lai， C. L. Chan， B.Li和Y. C. Cheng, Improved performance and reliability ofN20-grown oxynitride on 6H-SiC，， ， IEEE Electron Device Letters, Vol. 21， No. 6， pp. 298-300, June 2000中描述的，其公开在此引入以供参 考，好像在这里完全陈述一样。Xu等描述了在纯N20环境中在IIOO'C下 对SiC氧化360分钟并且在N2中在1100'C下退火一小时。在N力中IIOO'C下6H-SiC上氧化物的生长后氮化也由P. T. Lai， Supratic Chakraborty， C, L. Chan和Y. C. Cheng进4亍了研究，Effects of nitridation and annealing on interface properties of thermally oxidized Si02/SiC metal-oxide-semiconductor system ，Applied physics letters, Vol. 76， No. 25， pp. 3744-3746， June 2000 (之后， 称为Lai等)，其公开在此引入以供参考，好像在这里完全陈述一样。 然而，Lai等得出结论说这种处理降低了界面质量，随后用氧气中的湿 或干退火可以改进界面质量，该退火可以修复仏0中的氮化引起的损害。 此外，即使利用随后的氧气退火，与没有N20中的氮化的情况相比，Lai 等没有看到界面态密度的任何明显减小。除了 NO和N20生长和退火，也对其他环境中的生长后退火进行了研 究。例如，Suzuki等研究了氢气中的氧化后退火。Suzuki等，Effects of post-oxidation-annealing in本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在碳化硅层上形成氧化层的方法，包括：将碳化硅层放置在基本没有金属杂质的腔室中；将腔室的大气加热到大约５００℃到大约１３００℃的温度；在腔室中引入原子氧；以及使原子氧流过碳化硅层的表面，从而在碳化硅层上形成 氧化层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-9-16 11/229,4761.一种在碳化硅层上形成氧化层的方法，包括将碳化硅层放置在基本没有金属杂质的腔室中；将腔室的大气加热到大约500℃到大约1300℃的温度；在腔室中引入原子氧；以及使原子氧流过碳化硅层的表面，从而在碳化硅层上形成氧化层。2. 权利要求l的方法，其中引入原子氧包括 在腔室中提供源氧化物；以及使氮气和氧气的混合物流过源氧化物。3. 权利要求2的方法，其中源氧化物包括铝的氧化物。4. 权利要求2的方法，其中源氧化物包括氧化锰。5. 权利要求2的方法，其中源氧化物基本没有金属杂质。6. 权利要求2的方法，其中源氧化物包括多孔蓝宝石圆片。7. 权利要求l的方法，还包括用非金属杂质注入蓝宝石圆片以形成多孔蓝宝石圆片；以及 将多孔蓝宝石圆片放置在腔室中。8. 权利要求l的方法，其中引入原子氧包括使用催化剂产生原子氧。9. 权利要求8的方法，其中催化剂包括铂。10. 权利要求l的方法，其中引入原子氧包括产生臭氧流；以及裂解臭氧生成原子氧。11. 权利要求l的方法，其中引入原子氧包括在腔室外产生原子氧；以及 将产生的原子氧提供给腔室。12. 权利要求l的方法，其中腔室包括氧化炉管。13. 权利要求l的方法，其中加热腔室的大气包括将腔室的大气加 热到大约IOO(TC到大约IIOO'C的温度。14. 一种在碳化硅层上形成氧化层的方法，包括 将碳化硅层放置在腔室中；将氧化铝圆片放置在腔室中；将腔室的大气加热到大约500'C到大约130(TC的温度； 使氮气流过氧化铝圆片，以在腔室中产生原子氧；以及使原子氧流过碳化硅层的表面，从而在碳化硅层上形成氧化层。15. 权利要求14的方法，其中加热腔室的大气包括将腔室的大气 加热到大约IOO(TC到大约IIO(TC的温度。16. 权利要求14的方法，还包括使氧气流过氧化铝圆片。17. 权利要求16的方法，还包括 使原子氧与氧气反应以生成臭氧； 使臭氧流过氧化铝圆片；以及 裂解臭氧以在碳化硅层的附近生成原子氧。18. —种在碳化硅...
【专利技术属性】
技术研发人员：MK达斯，AK阿加瓦尔，JW帕尔穆尔，D格里德，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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