Al2O3-4H-SiC MOS結(jié)構(gòu)制備及相關(guān)性能研究.pdf

1、SiC半導(dǎo)體具有禁帶寬度大、臨界擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、載流子飽和漂移速度高等優(yōu)異特性，在高溫、高頻、大功率器件領(lǐng)域具有極大應(yīng)用潛力。同時(shí)，SiC是唯一一種可以熱氧化形成SiO2膜的寬帶隙化合物半導(dǎo)體，這一特點(diǎn)使SiC MOSFET可以在成熟的硅工藝上實(shí)現(xiàn)。SiC MOSFET是一類重要的功率器件，也是構(gòu)成SiC IGBT的重要組成部分。然而實(shí)際制作的SiC MOSFET器件存在溝道遷移率低的問題，其主要原因是SiO2/SiC界面態(tài)密度過

2、高。原子層沉積(ALD)制備Al2O3是一種可能的解決方案，但Al2O3/4H-SiC MOS結(jié)構(gòu)也面臨著過高陷阱問題。本文基于ALD制備工藝，詳細(xì)研究了不同退火方式對(duì)MOS結(jié)構(gòu)電子輸運(yùn)特性的影響，提出了兩步退火工藝方案。
　　采用ALD制備Al2O3柵極制備了Al2O3/4H-SiC MOS結(jié)構(gòu)。電子輸運(yùn)特性研究表明氧空位是MOS結(jié)構(gòu)F-P發(fā)射產(chǎn)生的根源。研究了不同退火方式和不同退火溫度對(duì)Al2O3薄膜形貌和電學(xué)特性的影響，實(shí)驗(yàn)

3、表明慢速退火在形貌上要優(yōu)于快速退火;在O2氣氛下低于500℃的退火對(duì)MOS結(jié)構(gòu)的F-P發(fā)射沒有影響，而高于500℃的退火減少了氧空位密度，F(xiàn)-P發(fā)射得到抑制，但邊界陷阱依然較高。提出了兩步退火工藝路線，即在較低溫度下退火保持Al2O3的形貌較好，而在較高溫度下退火降低氧空位密度?；趦刹酵嘶鸸に?，研究了NO和O2氣氛對(duì)高溫下MOS結(jié)構(gòu)的界面特性的影響:NO使鈍化溫度降低至～700℃，平帶處的界面態(tài)由未退火前的1013cm-2eV-1降低

4、到退火后的1012cm-2eV-1，邊界陷阱由2.32×1012/cm2降低至～2.1×1011/cm2。與O2氣氛退火相比，NO鈍化的薄膜具有更低的漏電流，因而NO在鈍化Al2O3/4H-SiC界面方面優(yōu)于O2。
　　分別使用Al2O3和SiO2柵極材料制備了MOS結(jié)構(gòu)，采用Terman法計(jì)算了兩者的界面態(tài)分布。二者在4H-SiC禁帶中表現(xiàn)出相似的分布特性，即界面態(tài)密度從導(dǎo)帶到禁帶中央逐漸降低，這與Al2O3/4H-SiC界面靠

5、近Al2O3一側(cè)的缺陷（近界面陷阱）有關(guān)，在Al2O3導(dǎo)帶下1.6eV的氧空位能級(jí)恰好落到距離4H-SiC導(dǎo)帶Ec-Et～0.16eV處。這一邊界陷阱與襯底之間交換載流子的速率較慢通常稱為慢界面態(tài)，通過在O2或NO氣氛中退火得以消除。采用Hill-Coleman法測(cè)試了兩者的界面態(tài)，比較發(fā)現(xiàn)相比于熱氧化制備的SiO2，ALD沉積的Al2O3具有低的快界面態(tài)。因而，無論從界面態(tài)還是未來集成方面，Al2O3都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是制備SiC M