申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2021-02-28

公开（公告）日：2024-06-04

公开（公告）号：CN113035691B

主分类号：H01L21/02

分类号：H01L21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.04#授权;2021.07.13#实质审查的生效;2021.06.25#公开

摘要：本发明属于SiC半导体器件制作及可靠性技术领域，一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，包括以下步骤：1采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，2SiC晶片氧化，3对步骤2制备的样品在含氧元素气氛下进行氧化后退火处理，4对步骤3处理后的样品在含氯元素气氛下进行氧化后退火处理，5对步骤4处理后的样品进行涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入形成源区和漏区，6完成SiCMOSFET的制作。本发明通过分两步在界面中分别引入氧元素和氯元素，既可以有效消除SiCSiO2界面附近陷阱，又可以通过氯元素固定SiO2薄膜中的可动离子，从而有效提升SiCMOSFET器件的稳定性和可靠性。

主权项：1.一种提高碳化硅MOSFET器件稳定性和可靠性的两步氧化后退火工艺，其特征在于包括以下步骤：步骤1、采用RCA工艺对SiC晶片进行清洗，具体包括以下子步骤：a将碳化硅晶片置于浓硫酸与双氧水的混合溶液中，80～150℃清洗10～60min，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述浓硫酸与双氧水的体积比为1:1；b将子步骤a中的碳化硅晶片取出置于一号清洗液中，60～90℃清洗1～10min，然后用浓度为0.1％～20％的氢氟酸水溶液清洗，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述一号清洗液是由水、双氧水和氨水按6:1:1～7:2:1体积比组成的混合溶液；c将子步骤b中的碳化硅晶片取出置于二号清洗液中，60～90℃清洗1～10min，然后用浓度为0.1％～20％的氢氟酸水溶液清洗，再用去离子水淋洗碳化硅晶片表面数遍，所述二号清洗液是由水、双氧水和盐酸按6:1:1～8:2:1体积比组成的混合溶液；d将子步骤c中的碳化硅晶片取出，采用红外灯烘干碳化硅晶片表面；步骤2、SiC晶片氧化，将SiC晶片置于氧化炉，在O2、O3、NO气氛中氧化，氧化温度控制在1100～1500℃，氧化时间控制在0.5～5h，在SiC晶片上形成一层20～100nm的SiO2薄膜；所述O2和O3为高纯气体，NO是由NO与Ar或N2组成的混合气体，NO的体积分数为0.1～20％；步骤3、对步骤2制备的样品在含氧元素气氛下进行氧化后退火处理，具体包括以下四种方式：a高温O2或O3氧化后退火，将步骤2制备的样品放入退火炉内，在O2或O3氛围下进行高温氧化后退火，处理温度控制在700～1200℃，O2或O3流量控制在50～1000sccm，处理时间控制在30～120min；bECR氧等离子体氧化后退火，将步骤2制备的样品放在样品托上，送入等离子体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10-2～10-5Pa，随后提升样品托温度至200～900℃，将O2或O3通入反应腔室，气体流量通过质量流量计控制，流量控制在10～300sccm，待反应腔室真空度稳定在0.1～5Pa范围内后开启ECR等离子体微波源，微波功率控制在50～1500W，处理时间控制在1～30min；c高温NO或N2O氧化后退火，将步骤2制备的样品放入退火炉内，在NO或N2O氛围下进行高温氧化后退火，处理温度控制在700～1200℃，NO或N2O流量控制在50～1000sccm，处理时间控制在30～120min；dECRNO等离子体氧化后退火，将步骤2制备的样品放在样品托上，送入等离子体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10-2～10-5Pa，随后升温至200～900℃，将N2和O2通入反应腔室，气体流量通过质量流量计控制，N2流量为10～300sccm，N2与O2流量控制比为1：1～10，待反应腔室真空度稳定在0.1～5Pa范围内后开启ECR等离子体微波源，微波功率设定为50～1500W，处理时间控制在1～30min；所述N2、O2和O3均为高纯气体，NO是由NO与Ar或N2组成的混合气体，N2O是由N2O与Ar或N2组成的混合气体，NO或N2O的体积分数为0.1～20％；步骤4、对步骤3处理后的样品在含氯元素气氛下进行氧化后退火处理，具体包括以下四种方式：a高温HCl或Cl2氧化后退火，将步骤3处理后的样品放入氧化炉或退火炉中进行，在HCl或Cl2氛围下进行高温氧化后退火，处理温度为700～1200℃，HCl或Cl2流量为50～1000sccm，处理时间为30～120min；bECR氯等离子体氧化后退火，将步骤3处理后的样品放在样品托上，送入等离子体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10-2～10-5Pa，随后升温至200～900℃，将HCl或Cl2通入反应腔室，气体流量通过质量流量计控制，流量为10～300sccm，待反应腔室真空度稳定在0.1～5Pa范围内后开启ECR等离子体微波源，微波功率设定为50～1500W，处理时间为1～30min；c高温氮-氢-氯氧化后退火：将步骤3处理后的样品放入氧化炉或退火炉中进行，在N2、H2和HCl或N2、H2和Cl2氛围下进行高温氧化后退火，处理温度为700～1200℃，N2、H2和HCl或N2、H2和Cl2流量为50～1000sccm，处理时间为30～120min，将N2，H2和HCl或N2、H2和Cl2一同通入退火炉内进行单步退火，还可以分两次通入，即先通入N2，H2，随后通入HCl或Cl2进行两步退火，各气氛流量控制比为N2：H2：HCl：Cl2＝1：0.2～10：0.1～5：0.1～5；dECR氮氢氯三元等离子体氧化后退火，将步骤3处理后的样品放在样品托上，送入等离子体反应腔室内，利用真空泵将反应腔室内的真空度抽至10-2～10-5Pa，随后升温至200～900℃，可以将N2，H2和Cl2一同通入反应腔室进行单步退火，还可以分两次通入，即先通入N2，H2，随后通入HCl或Cl2进行两步退火，气体流量通过质量流量计控制，流量为10～300sccm，待反应腔室真空度稳定在0.1～5Pa范围内后开启ECR等离子体微波源，微波功率设定为50～1500W，处理时间为1～30min；各气氛流量控制比为N2：H2：HCl：Cl2＝1：0.2～10：0.1～5：0.1～5，所述N2和H2均为高纯气体，HCl是由HCl与Ar或N2组成的混合气体，Cl2是由Cl2与Ar或N2组成的混合气体，HCl或Cl2的体积分数为0.1～20％；步骤5、对步骤4处理后的样品进行涂胶、光刻、腐蚀、去胶、离子注入形成源区和漏区，镀金刚石层保护注入层，并在Ar或N2气氛保护下1000～1800℃高温退火10～50min；步骤6、通过热蒸发或溅射金属Al、Ti、Ni、TiC制作电极，在氮气保护下升温至400～600℃，退火10～50min，冷却至室温完成SiCMOSFET的制作。

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