Mos電容以及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種MOS電容。本發(fā)明還涉及這種MOS電容的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC材料作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，具有許多優(yōu)越的性能，如帶隙寬、高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和速度。這使得SiC適合制作高溫大功率、高溫高頻以及抗輻射器件。SiC材料的一個顯著的優(yōu)點就是可以通過熱氧化方法在其表面直接生成S1Jl，這意味著SiC材料是制作大功率金屬-氧化層半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(S卩，M0SFET)以及絕緣柵雙極型晶體管等Si02/SiC金屬氧化物半導(dǎo)體器件的理想材料。
[0003]但是，通過熱氧化方法在SiC表面直接生成S12層后，在SiC層的與S12層相接觸的表面上會由于氧化而產(chǎn)生大量的懸掛鍵、碳團(tuán)簇和氧空位等缺陷，并且由于氧原子的擴(kuò)散速率的不一致而導(dǎo)致該表面為粗糙的形狀(如圖1所示)。對于SiC MOS器件而言，反型溝道形成在SiC的與S12相接觸的表面區(qū)域，而在該表面區(qū)域的這些缺陷和粗糙的形狀會造成載流子迀移極低，造成器件性能的嚴(yán)重降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種制造MOS電容的方法。根據(jù)本方法制造的MOS電容，反型溝道載流子迀移較高，MOS電容的性能較好。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種制造MOS電容的方法，該方法包括步驟一:在基板上設(shè)置SiC外延層；步驟二:在SiC外延層上設(shè)置氧隔離層；步驟三:在氧隔離層上設(shè)置硅層；步驟四:將硅層氧化成S1Jl。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的方法，在將硅層氧化成5102層的過程中，氧隔離層可以幾乎完全避免氧原子擴(kuò)散到SiC外延層內(nèi)。這樣，在SiC外延層與氧隔離層接觸的區(qū)域就沒有懸掛鍵、碳團(tuán)簇和氧空位等缺陷以及粗糙的表面，而是保持光滑的表面。由此，在使用由這種方法制備的MOS電容時，形成在SiC外延層與氧隔離層接觸的區(qū)域的反型溝道載流子迀移率會較高，并且MOS電容的電性能也因此較好。另外，S12層通過氧化設(shè)置在氧隔離層上的硅層而得到。由于氧隔離層可以幾乎完全避免氧原子擴(kuò)散到SiC外延層內(nèi)，因此可以充分地對硅層進(jìn)行氧化而不必?fù)?dān)心SiC外延層受到不利影響，從而可以將硅層完全氧化成S1Jl，并由此提高柵介質(zhì)層的品質(zhì)。
[0007]在一個實施例中，氧隔離層為氮氧化硅層。氮氧化硅層具有良好的耐原子氧特性，因此在氧化過程中可以幾乎完全避免氧原子擴(kuò)散到SiC外延層內(nèi)，由此避免SiC外延層形成粗糙的表面，以及SiC外延層表面上的碳團(tuán)簇和氧空位。此外，氮氧化硅層內(nèi)的氮原子可以與SiC表面上未成鍵的硅原子和碳原子形成Si =N和C = N鍵，由此減少了 SiC外延層表面上的懸掛鍵，這有助于進(jìn)一步提高了 MOS電容的反型溝道載流子的迀移率，此外所形成的Si = N和C = N鍵還提高了氮氧化硅層與SiC外延層的結(jié)合強(qiáng)度。還應(yīng)注意地是，在氮氧化硅中，氮原子存在于S12內(nèi)的晶體缺陷處而對S12整體的晶體結(jié)構(gòu)影響較小，因此氮氧化硅層與S12層之間的界面的錯配度較低，從而提高了氮氧化硅層與S12層的結(jié)合牢固程度。
[0008]在一個優(yōu)選的實施例中，氮氧化硅層的厚度為l-10nm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這種厚度的氧隔離層內(nèi)的缺陷濃度最低，在將硅層氧化成S12層時，其完全能夠避免氧原子擴(kuò)散到SiC外延層中。由此，在提高柵介質(zhì)層的絕緣性的同時不必大幅增加?xùn)沤橘|(zhì)層的厚度，從而也有助于減小MOS電容的整體厚度。
[0009]在一個實施例中，氮氧化硅層以化學(xué)氣相沉積的方式形成。由此，在制備氮氧化硅時，可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)化學(xué)氣相沉積的氣氛組成從而可實現(xiàn)氮氧化硅層與SiC外延層和娃層的牢固結(jié)合。
[0010]在一個優(yōu)選的實施例中，在步驟三中，硅層在氮氧化硅層上外延生長而成。這樣可以進(jìn)一步提高氮氧化硅層與硅層的結(jié)合牢固程度。
[0011 ] 在一個實施例中，在步驟四之后，還在3102層上方設(shè)置第一電極，基板包括第二電極和設(shè)置在第二電極上方的襯底，SiC外延層設(shè)置在襯底上。
[0012]在一個優(yōu)選的實施例中，襯底為SiC襯底。SiC襯底與SiC外延層的晶體結(jié)構(gòu)幾乎為相同，使得SiC襯底與SiC外延層之間的界面的錯配度也非常低，有助于SiC襯底與SiC外延層之間的牢固結(jié)合。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種MOS電容，其由上文所述的方法制備而成，該MOS電容包括:基板，設(shè)置在基板上的SiC外延層，和設(shè)置在SiC外延層上的柵介質(zhì)層，柵介質(zhì)層包括設(shè)置在SiC外延層上方的氧隔離層和設(shè)置在氧隔離層上的S1ji，在使用MOS電容時，SiC外延層的與氧隔離層接觸的區(qū)域形成反型溝道。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的MOS電容，由于SiC外延層與氧隔離層接觸的區(qū)域沒有懸掛鍵、碳團(tuán)簇和氧空位等缺陷并且具有光滑的表面，因此在使用MOS電容時，反型溝道載流子迀移率會較高，并且MOS電容的電性能也因此較好。
[0015]在一個實施例中，氧隔離層為氮氧化硅層。
[0016]在一個實施例中，在S12層的上方設(shè)置有第一電極，基板包括第二電極和設(shè)置在第二電極上方的SiC襯底，SiC外延層設(shè)置在SiC襯底上。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)SiC外延層與硅層通過氮氧化硅層間隔開。在將硅層氧化成S12層時，沒有氧原子擴(kuò)散到SiC外延層內(nèi)，這樣在SiC外延層與氮氧化硅層接觸的區(qū)域就沒有懸掛鍵、碳團(tuán)簇和氧空位等缺陷以及粗糙的表面。由此，在使用MOS電容時，形成在SiC外延層與氧隔離層接觸的區(qū)域的反型溝道載流子迀移率會較高，并且MOS電容的性能也因此較好。(2)氮氧化硅不但可阻止氧原子擴(kuò)散到SiC外延層內(nèi)，而且能與SiC外延層和S12層牢固結(jié)合。
【附圖說明】
[0018]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0019]圖1示意性地顯示了現(xiàn)有技術(shù)中的SiC MOS器件中SiC層與S12層的界面。
[0020]圖2示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的MOS電容的結(jié)構(gòu)。
[0021]圖3示意性地顯示了實施根據(jù)本發(fā)明的方法流程圖。
[0022]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實際的比例。
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]圖1示意性地顯示了現(xiàn)有技術(shù)中的SiC MOS電容中SiC外延層I與S1jl 2的界面。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常直接對SiC外延層I熱氧化而形成S1Ji 2，但是會在S1 2/SiC的界面處形成氧化過渡層3和SiC外延層I的粗糙表面4。氧化過渡層3是由于熱氧化過程中氧原子自由擴(kuò)散的濃度差引起的。距離SiC外延層I表面越遠(yuǎn)的位置，由于氧的不足使SiC外延層I發(fā)生不完全氧化而產(chǎn)生了氧化過渡層3。在氧化過渡層3內(nèi)存在有大量碳團(tuán)簇和氧空位，這是Si02/SiC界面陷阱電荷的主要來源。另外，由氧原子擴(kuò)散速率的不一致形成了 SiC外延層I的粗糙表面。反型溝道載流子在該粗糙表面處會受到很大的庫侖散射以及表