SiO2/4H-SiC界面氮化退火

通过1 300℃高温干氧热氧化法在n型4H-SiC外延片上生长了厚度为60 nm的SiO2栅氧化层.为了开发适合于生长低界面态密度和高沟道载流子迁移率的SiC MOSFET器件产品的栅极氧化层退火条件,研究了不同退火条件下的SiO2/SiC界面电学特性参数.制作了MOS电容和横向MOSFET器件,通过表征SiO2栅氧化层C-V特性和MOSFET器件I-V特性,提取平带电压、C-V磁滞电压、SiO2/SiC界面态密度和载流子沟道迁移率等电学参数.实验结果表明,干氧氧化形成SiO2栅氧化层后,在1 300℃通入N2退火30 min,随后在相同温度下进行NO退火120 min,为最佳栅极氧化层退火条件,此时,SiO2/SiC界面态密度能够降低至2.07×1012 cm-2·eV-1@0.2 eV,SiC MOSFET沟道载流子迁移率达到17 cm2·V-1·s-1.     

基于低温氧化的4H-SiC/SiO2界面态钝化方案

阐述4H-SiC晶圆的Si面上通过CVD淀积与低温热氧化生长的双层栅氧化物结构,在高温氮气环境下可降低4H-SiC/SiO₂界面的高密度界面缺陷。采用PECVD淀积一层均匀的SiO₂膜后,通过热氧化工艺在淀积膜与4H-SiC/SiO₂间生长一层很薄的氧化物过渡层。根据不同温区间热氧化温度形成的SiO₂膜晶型不同,改变界面中氮气退火过程中氮元素的引入,从而钝化4H-SiC/SiO₂的界面缺陷。     

一氧化氮退火对高温氧化SiC/SiO2界面特性的影响研究

本文研究了高温（1300℃）氧化并在一氧化氮（NO）气体中进行氧化后退火方法对4H-SiC 金属-氧化物-半导体（MOS）电容的SiC/SiO2界面特性的影响,主要通过SiC MOS的电容-电压(C-V)特性详细讨论了NO退火时间和温度与SiO2/SiC界面特性的相互关系. 结果表明在NO气体中进行氧化后退火可明显降低界面态密度,并且界面态密度随着温度和时间的增加会进一步降低。 同时,与常规1200℃及以下氧化温度相比,1300℃下热生长的氧化层具有更低的界面态密度且显著缩短了氧化时间,节约了生产成本。     

O2+CHCCl3氧化对6H-SiC MOS电容界面特性的改善

采用新颖的干O2 CHCCl3(TCE)氧化工艺，制备了P型和N型6H—SiCMOS电容器，并与常规热氧化工艺以及氧化加NO退火工艺进行了对比实验。结果表明，O2 TCE氧化不仅提高了氧化速率，而且降低了界面态密度和氧化层有效电荷密度，提高了器件可靠性。可以预测，O2 TCE氧化与湿NO退火相结合的工艺是一种有前途的制备高沟道迁移率、高可靠性SiCMOS—FET的栅介质工艺。     

不同退火温度下Mo/4H-SiC肖特基接触界面特性分析

为研究退火温度对肖特基接触界面特性的影响,在不同温度下测试了不同退火温度处理的Mo/4H-SiC肖特基接触的I-V及C-V特性.根据金属-绝缘层-半导体(MIS)结构二极管模型理论,认为在金属与半导体间存在薄介质层,通过估算介质层电容值,得到了肖特基接触界面态密度(N88)的能级分布情况,N8s约为1012 eV-1·cm-2量级.退火温度升高,N8s的能级分布靠近导带底;测试温度升高,Ns8增加且其能级分布远离导带底.利用X射线光电子能谱(XPS)分析表征肖特基接触界面态化学组分,分析结果证实接触界面存在SiO.SiO组分随退火温度的升高而减少,在退火温度为500℃及以上时检测到Mo-C成分,说明Mo与4H-SiC发生反应.     

SiO2/4H-SiC(0001)界面过渡区的ADXPS研究

采用角依赖X射线光电子谱技术(ADXPS)对高温氧化SiO2/4H-SiC(0001)界面过渡区的组成、成分分布等进行了研究.通过控制1%浓度HF酸刻蚀氧化膜的时间,制备出超薄膜(1～1.5nm)样品,同时借助标准物对照分析,提高了谱峰分解的可靠性.结果显示,高温氧化形成的SiO2/4H-SiC(0001)界面,同时存在着Si1+,Si2+,Si33+3种低值氧化物,变角分析表明,一个分层模型适合于描述该过渡区的成分分布.建立了过渡区的原子级模型并计算了氧化膜厚度.结合过渡区各成分含量的变化及电容-电压(C-V)测试分析,揭示了过渡区成分与界面态的直接关系.     

SiO2/4H-SiC(0001)界面过渡区的ADXPS研究

采用角依赖X射线光电子谱技术(ADXPS)对高温氧化SiO2/4H-SiC(0001)界面过渡区的组成、成分分布等进行了研究.通过控制1%浓度HF酸刻蚀氧化膜的时间,制备出超薄膜(1～1.5nm)样品,同时借助标准物对照分析,提高了谱峰分解的可靠性.结果显示,高温氧化形成的SiO2/4H-SiC(0001)界面,同时存在着Si1 ,Si2 ,Si33 3种低值氧化物,变角分析表明,一个分层模型适合于描述该过渡区的成分分布.建立了过渡区的原子级模型并计算了氧化膜厚度.结合过渡区各成分含量的变化及电容-电压(C-V)测试分析,揭示了过渡区成分与界面态的直接关系.     

6H-SiC氧化层中Na离子的C-V测试研究

半导体热氧化过程中,不可避免会沾污Na离子,造成MOS电容的C-V曲线平带电压漂移.在1200℃下热氧化,生成SiC/SiO2界面,进而制作MOS电容.采用高电压偏置,在高温度条件下作用于MOS电容;利用Keithley590 C-V分析仪,测量其C-V曲线.计算出氧化层Na离子密度为2.26×1012/cm2,高温负高压偏置不能完全恢复MOS电容的C-V特性,且高压偏置处理后的MOS电容在积累区的电容值减小,与Si材料MOS的情况不同.主要原因是SiC氧化层和界面质量较差,在高温和高压下弱键断裂、固定电荷重新分布.     

n型4H-SiC MOS电容的特性

在n型4H-SiC外延层上,采用H2,O2合成的办法,热生长30nm的SiO2层,并制备出Al栅MOS电容,完成了C-V特性的测试和分析工作,根据测试结果得出了SiO2与4H-SiC外延层的界面特性,并计算出n型4H-SiC外延层的掺杂浓度.结果表明H2,O2合成热生长的SiO2与4H-SiC外延层之间具有较好的界面特性,界面态密度较小.n型4H-SiC外延层的掺杂均匀,浓度为1.84×1017cm-3.     

n型4H-SiC MOS电容的特性

在n型4H-SiC外延层上,采用H2,O2合成的办法,热生长30nm的SiO2层,并制备出Al栅MOS电容,完成了C-V特性的测试和分析工作,根据测试结果得出了SiO2与4H-SiC外延层的界面特性,并计算出n型4H-SiC外延层的掺杂浓度.结果表明H2,O2合成热生长的SiO2与4H-SiC外延层之间具有较好的界面特性,界面态密度较小.n型4H-SiC外延层的掺杂均匀,浓度为1.84×1017cm-3.     

SiO2/SiC界面对4H-SiC n-MOSFET反型沟道电子迁移率的影响

提出了一种基于器件物理的4H-SiC n-MOSFET反型沟道电子迁移率模型.该模型包括了界面态、晶格、杂质以及表面粗糙等散射机制的影响,其中界面态散射机制考虑了载流子的屏蔽效应.利用此模型,研究了界面态、表面粗糙度等因素对迁移率的影响,模拟结果表明界面态和表面粗糙度是影响沟道电子迁移率的主要因素.其中,界面态密度决定了沟道电子迁移率的最大值,而表面粗糙散射则制约着高场下的电子迁移率.该模型能较好地应用于器件模拟.     

SiO_2/SiC界面对4H-SiC n-MOSFET反型沟道电子迁移率的影响

提出了一种基于器件物理的4 H- Si C n- MOSFET反型沟道电子迁移率模型.该模型包括了界面态、晶格、杂质以及表面粗糙等散射机制的影响,其中界面态散射机制考虑了载流子的屏蔽效应.利用此模型,研究了界面态、表面粗糙度等因素对迁移率的影响,模拟结果表明界面态和表面粗糙度是影响沟道电子迁移率的主要因素.其中,界面态密度决定了沟道电子迁移率的最大值,而表面粗糙散射则制约着高场下的电子迁移率.该模型能较好地应用于器件模拟.     

Nitrogen Plasma Processing of SiO2/4H-SiC Interfaces

A nitrogen plasma annealing process for gate dielectric applications in 4H-SiC metal oxide semiconductor (MOS) technology has been investigated. This process results in substantially greater interfacial N coverage at the SiO₂/4H-SiC interface and lower interface trap densities than the state-of-the-art nitric oxide (NO) annealing process. Despite these exciting results, the field-effect mobility of MOS field-effect transistors (MOSFETs) fabricated by use of this process is very similar to that of NO-annealed MOSFETs. These results emphasize the importance of understanding mobility-limiting mechanisms in addition to charge trapping in next-generation 4H-SiC MOSFETs.     

氢离子注入对Si-SiO_2界面态密度的影响

采用离子注入技术,可使栅氧化层的界面态密度从一般的10~(10)cm~(-2).eV~(-1)左右降到1×10~9cm~(-2).eV~(-1)以下.通过对比实验,找到在具体实验条件下的最佳离子注入剂量、退火温度和退火时间.用扩散理论和化学反应平衡理论解释了实验结果.     

退火温度对Au/Ti/4H-SiC肖特基接触特性的影响

采用电子束蒸发法在4H-SiC表面制备了Ti/Au肖特基电极,研究了退火温度对Au/Ti/4H-SiC肖特基接触电学特性的影响.对比分析了不同退火温度下样品的电流密度-电压(J-V)和电容-电压(C-V)特性曲线,实验结果表明退火温度为500℃时Au/Ti/4H-SiC肖特基势垒高度最大,在.J-V测试和C-V测试中分别达到0.933 eV和1.447 eV,且获得理想因子最小值为1.053,反向泄漏电流密度也实现了最小值1.97×10-8 A/cm2,击穿电压达到最大值660 V.对退火温度为500℃的Au/Ti/4H-SiC样品进行J-V变温测试.测试结果表明,随着测试温度的升高,肖特基势垒高度不断升高而理想因子不断减小,说明肖特基接触界面仍然存在缺陷或者横向不均匀性,高温下的测试进一步证明肖特基接触界面还有很大的改善空间.     

用XPS法研究SiO_2/4H-SiC界面的组成

利用X射线光电子谱(XPS)研究了高温氧化形成的SiO2/4H-SiC界面的化学组成.获取低浓度HF酸刻蚀速度基础上制备出超薄氧化膜(1～1.5 nm)样品,并借助标准物对照法辅助谱峰分析.结果表明,高温氧化SiO2/4H-SiC界面,类石墨碳较多,除Si1 成分外,还存在Si2 和Si3 两种低值氧化物.三种工艺处理后界面成分含量的对比,指出界面成分可通过合理工艺有效控制,以C-V测试曲线印证了界面成分减少对电学特性的改善.