论文部分内容阅读
作为第三代化合物半导体中的翘楚,碳化硅（SiC）具备一系列优良特性,在高温、高频、大功率器件领域具有非常好的前景。另外,SiC还能够通过氧化工艺生长出二氧化硅（SiO2）层,这在化合物半导体中是独一无二的。然而,由于SiO2/SiC界面态密度（Dit）过高,导致SiC MOS器件沟道迁移率低,一直未能取得良好的发展及应用。因此,降低SiO2/SiC界面的Dit是SiC金属氧化物半导体（MOS）器件领域研究的热点及难点。本文探索了电子回旋共振（ECR）氨等离子体氧化后退火（POA）工艺,并制作了结合该工艺的SiC MOS电容器件。在对器件进行I-V测试中,采用Fowler-Nordhein模型计算得出,氨等离子体POA工艺将SiC MOS器件的氧化层绝缘击穿场强从9.60MV/cm提高到9.85 MV/cm,并将势垒高度从2.40 eV提高到2.56 eV。恒定电流经时击穿（CCTDDB）测试得出,经氨等离子体POA工艺处理后,SiC MOS器件的工作寿命达到50000小时,较未处理样品提高了50倍。以上测试研究说明,氨等离子体POA工艺可以提高SiC MOS器件的氧化层绝缘特性与可靠性。在对器件进行C-V测试中,本文采用Gray-Brown法、室温hi-lo法、高温hi-lo法提取了能级范围Ec-0.06～1.2 eV的Dit分布,发现氨等离子体POA工艺可以显著降低Dit降低效果随处理时间不同,本实验中Dit降低幅度最大的样品来自处理时间为10 min的样品,它在大部分能级范围内的Dit降低幅度都达到1个数量级以上。在对器件进行二次离子质谱（SIMS）测试中,发现氨等离子体POA工艺可以在界面处引入大量的N原子和H原子,其中N原子浓度为1.2×1019 cm-3,H原子浓度为5.2×1020 cm-3。不同于高温氨气POA工艺在整个氧化层中引入N原子,氨等离子体POA工艺引入的N原子仅在界面处积累,这可以很大程度上保证氧化层的质量。而在界面处积累的N原子和H原子可以与界面缺陷充分反应,生成易挥发的反应产物或将缺陷能级向深能级移动,削弱它对界面态的贡献,从而降低界面态密度。本文的研究结果表明,氨等离子体POA工艺在SiO2/SiC界面处引入大量氢原子和氮原子,可以在整个SiC上半禁带范围显著降低界面态密度,并同时提高SiO2层的绝缘特性与器件可靠性。