一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法
阅读：694发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种制备 碳 化 硅 MOSFET栅介质层的方法，包括如下步骤：提供SiC基材，并将所述SiC基材放置于ALD反应腔室中；将所述ALD反应腔室升温；采用ALD工艺在所述SiC基材表面依次循环生长SiO2 薄膜 与Al2O3薄膜，形成栅介质层；在 氧 气氛围中对形成的所述栅介质层进行 退火 处理。本发明的栅介质层在生长过程中，未消耗SiC 外延 片中的Si 原子 从而避免了栅介质层与SiC界面处C族聚集的现象，提高了界面特性；本发明利用ALD技术形成栅介质层， 热预算 低，简化器件制备工艺过程；本发明利用ALD技术形成的栅介质层同时具备SiO2高击穿强度，禁带宽度宽，热 稳定性 高，以及Al2O3 介电常数 高的特点，可大幅降低引入栅介质薄膜中的 电场 强度，避免栅介质击穿，并抑制栅 泄漏 电流 。，下面是一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法专利的具体信息内容。
1.一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供SiC基材，并将所述SiC基材放置于ALD反应腔室中；
S2：将所述ALD反应腔室升温；
S3：采用ALD工艺在所述SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜，形成栅介质层；
S4：在氧气氛围中对形成的所述栅介质层进行退火处理。
2.权利要求1所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：所述步骤S2中，ALD反应腔室的温度为200～300℃。
3.权利要求1所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：所述步骤S3中，SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜的循环次数为3～6次。
4.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：所述步骤S2和步骤S3之间，采用第一等离子体对所述SiC基材表面进行预处理，所述第一等离子体为氨气等离子体。
5.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S4之间，采用第二等离子体对所述栅介质层表面进行等离子体后处理，所述第二等离子体为氧气等离子体或者臭氧等离子体。
6.根据权利要求4所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：采用第一等离子体对所述SiC基材表面进行预处理的方法包括以下步骤：
(1)向所述ALD反应腔室中通入氨气和载气；
(2)向所述ALD反应腔室中引入驱动等离子，使氨气离化为第一等离子体；
(3)采用第一等离子体对SiC基材表面进行等离子体循环间歇式处理，所述等离子体循环间歇式处理包括若干个等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段进行循环处理。
7.根据权利要求5所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述含NH3气体的气体流量为60～100sccm，所述载气的气体流量为20～60sccm；
所述步骤(2)中，所述驱动等离子的强度为100～200w；所述步骤(3)中，所述等离子体开启阶段的时间为2～4s，所述等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行所述等离子体循环处理的次数为10～20次。
8.根据权利要求5所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：采用第二等离子体对所述栅介质层表面进行等离子体后处理的方法包括以下步骤：
(1)向所述ALD反应腔室中通入氧气和载气或者臭氧和载气；
(2)向所述ALD反应腔室中引入驱动等离子，使氧气或者臭氧离化为所述第二等离子体；
(3)采用所述第二等离子体对所述栅介质层表面进行等离子体循环间歇式处理，所述等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
9.根据权利要求8所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述含氧气体的气体流量为40～60sccm，所述载气的气体流量为20～40sccm；所述步骤(2)中，所述驱动等离子的强度为100～200w；所述步骤(3)中，所述等离子体开启阶段的时间为2～4s，所述等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行所述等离子体循环处理的次数为15～20次。
10.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：所述步骤S3中生长SiO2薄膜的方法包括以下步骤：
(1)向所述ALD反应腔室中通入氧气和载气；
(2)向所述ALD反应腔室中通入SiO2的前驱体源；
(3)向所述ALD反应腔室中进行吹气处理，以使所述SiO2的前驱体源附着在所述SiC基材表面；
(4)向所述ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使所述氧气以及所述SiO2的前驱体源离化为等离子体；
(5)采用氧气等离子体对所述SiC基材表面进行等离子体循环间歇式处理，以在所述SiC基材表面生长SiO2薄膜，所述等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
11.根据权利要求10所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，氧气的气体流量为40～80sccm，所述载气的气体流量为30～50sccm；所述步骤(2)中，所述SiO2的前驱体源的通入时间为0.1～0.5s；所述步骤(3)中，进行所述吹气处理的时间为5～10s；所述步骤(4)中，所述驱动等离子的强度为100～200w；所述步骤(5)中，所述等离子体循环的循环数为80～120次，所述等离子体开启阶段的时间为2～4s，所述等离子体关闭阶段的时间为3～6s。
12.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于，所述步骤S3中生长Al2O3薄膜的方法包括以下步骤：
(1)向所述ALD反应腔室中通入氧气和载气；
(2)向所述ALD反应腔室中通入所要形成的所述Al2O3的前驱体源；
(3)向所述ALD反应腔室中进行吹气处理，以使所述Al2O3的前驱体源附着在所述SiO2薄膜表面；
(4)向所述ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使所述氧气以及所述Al2O3的前驱体源离化为等离子体；
(5)采用氧气等离子体对所述SiO2薄膜表面进行等离子体循环间歇式处理，以在所述SiO2薄膜表面生长Al2O3薄膜，所述等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
13.根据权利要求12所述的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，氧气的气体流量为50～70sccm，所述载气的气体流量为30～50sccm；
所述步骤(2)中，所述Al2O3的前驱体源的通入时间为0.2～0.5s；所述步骤(3)中，进行所述吹气处理的时间为3～8s；所述步骤(4)中，所述驱动等离子的强度为100～200w；所述步骤(5)中，所述等离子体循环的循环数为20～40次，所述等离子体开启阶段的时间为1～4s，所述等离子体关闭阶段的时间为1～4s。
一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法
技术领域
背景技术
[0002] 碳化硅作为一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度宽、高击穿电场强度、高电子饱和漂移速度、高热导率等优异特性。与传统Si基功率器件相比，SiC功率器件可获得更高的击穿电压、更低的导通电阻、更高的工作温度以及更快的开关速度，作为新一代功率器件备受瞩目，成为国际上新材料、微电子和光电子领域的研究热点。
[0003] 目前，SiC SBD(肖特基二极管)已经广泛应用在开关电源中，尤其是PFC(功率因子校正)电路中替代传统Si基FRD(快速恢复二极管)，可有效提高PFC电路的工作频率与能量转换效率。而针对SiC MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，其栅介质材料普遍采用SiO2(二氧化硅)。通常在SiC外延片上制备SiO2栅介质层采用热生长方法，然而，由于SiO2与SiC材料晶格不匹配、SiC表面SiO2热生长预算远远高于Si，导致其生长速度缓慢。此外，在SiC表面热生长形成SiO2需要消耗Si原子，从而会在SiC/SiO2界面处残留大量的C 簇，严重影响SiC/SiO2界面质量，造成SiC MOSFET器件沟道载流子迁移率低，降低器件性能。此外，在SiO2/SiC界面处，具有低介电常数的SiO2(κ＝3.9)相对于SiC(κ＝10.0)，会导致SiO2中的电场强度约是SiC中的2.5倍。因此，为了避免SiO2不被高电场过早击穿， SiC MOSFET必须工作在SiC的临界击穿电场强度(3MV/cm)以下，从而严重限制了SiC MOSFET在高功率应用方面的优势。
[0004] 因此，为了克服SiO2栅介质层的上述问题，如何提供一种可替代的且具有高介电常数栅介质层及其制备方法实属必要。
发明内容
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，包括如下步骤：
[0008] S1：提供SiC基材，并将SiC基材放置于ALD反应腔室中；
[0009] S2：将ALD反应腔室升温；
[0010] S3：采用ALD工艺在SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜，形成栅介质层。
[0011] S4：在氧气氛围中对形成的栅介质层进行退火处理。
[0012] 本技术方案中，进一步地，SiC基材包括SiC衬底以及形成于SiC衬底上的SiC外延片， SiC衬底与所述SiC外延片之间还包括缓冲层。
[0013] 进一步地，栅介质层为SiO2薄膜与Al2O3薄膜交替叠加的复合栅介质层。
[0014] 进一步地，步骤S1中，对ALD反应腔室进行抽真空，使得ALD反应腔室的真空度为 1～10mTorr。
[0015] 进一步地，步骤S2中，ALD反应腔室的温度为200～300℃。
[0016] 进一步地，步骤S3中，SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜的循环次数为 3～6次。
[0017] 进一步地，步骤S1之前，向ALD反应腔室中通入清洗气体，以去除形成栅介质层过程中残留在其表面的前驱体源。
[0019] 进一步地，步骤S3和步骤S4之间，采用第二等离子体对栅介质层表面进行等离子体后处理，第二等离子体为氧气等离子体或者臭氧等离子体。
[0020] 进一步地，在进行预处理之前采用RCA标准清洗法对SiC基材表面进行清洗。
[0021] 采用第一等离子体对SiC基材表面进行预处理的方法包括以下步骤：
[0022] (1)向ALD反应腔室中通入氨气和载气；
[0023] (2)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，使氨气离化为第一等离子体；
[0024] (3)采用第一等离子体对SiC基材表面进行等离子体循环间歇式处理，等离子体循环间歇式处理包括若干个等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段进行循环处理。
[0025] 进一步地，上述步骤(1)中，含NH3气体的气体流量为60～100sccm，载气的气体流量为20～60sccm；步骤(2)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(3)中，等离子体开启阶段的时间为2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行等离子体循环处理的次数为10～20 次。
[0026] 进一步地，采用第二等离子体对栅介质层表面进行等离子体后处理的方法包括以下步骤：
[0027] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气或者臭氧和载气；
[0028] (2)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，使氧气或者臭氧离化为第二等离子体；
[0029] (3)采用第二等离子体对栅介质层表面进行等离子体循环间歇式处理，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0030] 进一步地，上述步骤(1)中，含氧气体的气体流量为40～60sccm，载气的气体流量为 20～40sccm；步骤(2)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(3)中，等离子体开启阶段的时间为2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行等离子体循环处理的次数为15～20 次。
[0031] 进一步地，步骤S3中生长SiO2薄膜的方法包括以下步骤：
[0032] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气；
[0033] (2)向ALD反应腔室中通入SiO2的前驱体源；
[0034] (3)向ALD反应腔室中进行吹气处理，以使SiO2的前驱体源附着在SiC基材表面；
[0035] (4)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气以及SiO2的前驱体源离化为等离子体；
[0036] (5)采用氧气等离子体对SiC基材表面进行等离子体循环间歇式处理，以在SiC基材表面生长SiO2薄膜，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0037] 进一步地，上述步骤(1)中，氧气的气体流量为40～80sccm，载气的气体流量为30～50sccm；步骤(2)中，SiO2的前驱体源为TDMAS(四(二甲氨基)硅烷)、BDEAS双(二乙氨基)硅烷、 TMAS四甲基硅酸铵中的一种，SiO2的前驱体源的通入时间为0.1～0.5s；步骤(3)中，进行吹气处理的时间为5～10s；步骤(4)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(5)中，等离子体循环的循环数为80～120次，等离子体开启阶段的时间为2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s。
[0038] 进一步地，步骤S3中生长Al2O3薄膜的方法包括以下步骤：
[0039] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气；
[0040] (2)向ALD反应腔室中通入所要形成的Al2O3的前驱体源；
[0041] (3)向ALD反应腔室中进行吹气处理，以使Al2O3的前驱体源附着在SiO2薄膜表面；
[0042] (4)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气以及Al2O3的前驱体源离化为等离子体；
[0043] (5)采用氧气等离子体对SiO2薄膜表面进行等离子体循环间歇式处理，以在SiO2薄膜表面生长Al2O3薄膜，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0044] 进一步地，上述步骤(1)中，氧气的气体流量为50～70sccm，载气的气体流量为30～50sccm；步骤(2)中，Al2O3的前驱体源为TMA(三甲基铝)或三氯化铝，Al2O3的前驱体源的通入时间为0.2～0.5s；步骤(3)中，进行吹气处理的时间为3～8s；步骤(4)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(5)中，等离子体循环的循环数为20～40次，等离子体开启阶段的时间为1～4s，等离子体关闭阶段的时间为1～4s。
[0045] 有益效果
[0046] 本发明的栅介质层在生长过程采用的是原子层沉积工艺，与现有常用热氧化工艺SiO2相比，具有如下显著优势：未消耗SiC基材中的Si原子，从而避免了栅介质层与SiC界面处C 簇聚集的现象，提高了界面特性；热预算低，可简化器件制备工艺过程；栅介质层同时具备 SiO2的禁带宽度大、击穿强度高、高热稳定性与Al2O3的高介电常数的优势，不仅可降低栅泄漏电流，还可降低引入栅介质层中的电场强度，避免栅介质击穿。
[0047] 本发明的栅介质层在生长前首先采用NH3等离子体预处理SiC基材表面，一方面可以清除SiC表面残留的自然氧化物，另一方面，NH3等离子体经离化后可形成NH4+，NH4+可填补SiC 表面悬挂键，可以起到降低栅介质层与SiC界面态密度的作用，提高界面特性。随后，采用优化的薄膜生长参数依次循环交替生长SiO2与Al2O3薄膜，形成栅介质层，并在栅介质层形成后，对其进行氧等离子体后处理，可补偿介质内氧空位，提高介质层致密性；最后，对栅介质层进行后退火处理，可进一步增加薄膜致密性，降低薄膜漏电。综上，预处理技术、循环交替生长技术、生长后处理技术、以及后退火处理技术之间相辅相成，可获得一种优质的碳化硅MOSFET用栅介质层的制备方法。附图说明
[0048] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0049] 图1为本发明制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法的各步骤的流程图。
具体实施方式
[0050] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0051] 实施例1：
[0052] 如图1所示，本发明提供一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，包括如下步骤：
[0053] S1：提供SiC基材，并将SiC基材放置于ALD反应腔室中；
[0054] S2：将ALD反应腔室升温；
[0055] S3：采用ALD工艺在SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜，形成栅介质层。
[0056] S4：在氧气氛围中对形成的栅介质层进行退火处理。
[0057] 下面将结合附图具体说明本发明的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法。
[0058] 如图1中的S1所示，进行步骤S1，提供一SiC基材，并将SiC基材置于ALD反应腔室中；
[0059] 具体的，SiC基材包括但不限于SiC外延片，本实施例中，SiC基材包括SiC衬底以及形成于SiC衬底上的SiC外延片，SiC外延片与SiC衬底的材料均为4H-SiC，进一步，SiC衬底的晶向偏离(11-20)方向(4±0.5)°倾角。
[0060] 作为示例，SiC基材还包括缓冲层，缓冲层位于SiC衬底与SiC外延片之间。
[0061] 具体的，缓冲层用于使衬底和外延层进行更好的匹配，缓冲层的厚度为0.5～1μm，优选为0.6～0.8μm，本实施例中选择为0.7μm。
[0062] 作为示例，步骤S1中，还包括对ALD反应腔室进行抽真空的步骤，使得ALD反应腔室的真空度为1～10mTorr，优选为2～8mTorr，本实施例中选择为5mTorr，选择该范围真空度条件，以利于后续形成高质量的栅介质层。
[0064] 本实施例中，第二等离子体为氧气等离子体，进行等离子体后处理的步骤包括：
[0065] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气或者臭氧和载气；
[0066] (2)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气或者臭氧离化为第二等离子体；
[0067] (3)采用第二等离子体对复合栅介质层表面进行等离子体循环间歇式处理，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0068] 作为示例，步骤(1)之前还包括向ALD反应腔室中通入清洗气体的步骤，以去除形成栅介质层过程中残留在其表面的前驱体源。
[0069] 作为示例，步骤(1)中，氧气或者臭氧的气体流量为40～60sccm，载气的气体流量为20～40sccm；步骤(2)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(3)中，等离子体开启阶段的时间为2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行等离子体循环处理的次数为15～20次。
[0070] 具体的，氧气或者臭氧的气体流量优选为45～55sccm，本实施例中气体为氧气，选择为 50sccm；载气包括但不限于Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为 25～35sccm，本实施例中载气为氩气，气体流量选择为30sccm。进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入驱动等离子，强度范围优选为120～180W，本实施例中选择为
150W，从而在驱动等离子的作用下使氧气或者臭氧形成第二等离子体，本实施例中为氧气等离子体。另外，本实施例中，等离子体循环处理的处理循环数为18，在每一循环中，开启等离子体的时间为3s，关闭等离子体的时间为5s。在上述参数的设置以及互相匹配下，进行氧气等离子体处理后，相对于现有技术，获得了高质量的栅介质层。
150W，从而在驱动等离子的作用下使氧气或者臭氧形成第二等离子体，本实施例中为氧气等离子体。另外，本实施例中，等离子体循环处理的处理循环数为18，在每一循环中，开启等离子体的时间为3s，关闭等离子体的时间为5s。在上述参数的设置以及互相匹配下，进行氧气等离子体处理后，相对于现有技术，获得了高质量的栅介质层。
[0071] 如图1中的S2所示，进行步骤S2，将ALD反应腔室升温至适于后续所要形成的复合栅介质层生长的温度；
[0072] 作为示例，步骤S2中，适于后续所要形成的栅介质层生长的温度为200～350℃。
[0073] 具体的，栅介质层生长的温度优选为220～280℃，本实施例中选择为250℃，复合栅介质层栅介质层在200～300℃低温生长，可大幅降低热预算和对SiC表面的损伤。
[0074] 步骤S4中，在O2氛围中对栅介质层进行退火处理，以增加栅介质层致密性以及填补复合栅介质层中的氧空位，退火处理的温度范围为500～700℃，优选为550～650℃，本实施例中选择为600℃，退火时间为1～3min，优选为1.5～2.5min，本实施例中选择为2min。
[0075] 步骤S2和步骤S3之间，采用第一等离子体对SiC基材表面进行预处理，第一等离子体为NH3等离子体。
[0076] 作为示例，第一等离子体为NH3等离子体，进行预处理的步骤包括：
[0077] (1)向ALD反应腔室中通入含NH3和载气；
[0078] (2)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使含NH3气体离化为第一等离子体；
[0079] (3)采用第一等离子体对SiC表面进行等离子体循环处理，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0080] 作为示例，步骤(1)中，氨气的气体流量为60～100sccm，载气的气体流量为20～60sccm；步骤(2)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(3)中，等离子体开启阶段的时间为 2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行等离子体循环处理的次数为10～20次。
[0081] 需要说明的是，第一等离子体为NH3等离子体，采用其对SiC器件的表面进行预处理一方面可以清除SiC表面残留的自然氧化物，另一方面，还可以填补SiC表面的悬挂键，可以起到降低复合栅介质层与SiC界面态密度的作用，提高界面特性。另外，第一等离子体包括单一NH3等离子体，或NH3和Ar等离子体共同处理，或者采用NH3、Ar和N2等离子体共同处理。
[0082] 具体的，氨气的气体流量优选为70～90sccm，本实施例中选择为80sccm；载气包括但不限于Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氩气，气体流量选择为40sccm。进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为120～180W，本实施例中选择为150W，从而形成第二等离子体，本实施例中为NH3等离子体。另外，本实施例中，等离子体循环处理的处理循环数为15，在每一循环中，开启等离子体的时间为3s，关闭等离子体的时间为5s。在上述参数的设置以及互相匹配下，采用原子层沉积(ALD)技术结合NH3等离子体原位钝化技术在 SiC器件表面生长具有较高介电常数的薄膜，并结合O2等离子体后处理可获得栅介质层/SiC 界面处无C簇聚集、且高介电常数的栅介质层。
[0083] 作为示例，还包括在进行预处理之前采用RCA标准清洗法对SiC表面进行清洗的步骤。
[0084] 具体的，进行清洗的目的是除去SiC基材表面可能存在的有机物、颗粒和金属杂质等污染物，这些污染物的存在会影响SiC器件的电学性能。另外，RCA标准清洗的步骤包括： (1)SPM：使用H2SO4+H2O2在120～150℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的重有机物污染和部分金属；(2)使用HF(DHF)在20～25℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的自然氧化层，同时也可抑制氧化膜的形成；(3)使用NH40H/H2O2/H20在30～80℃下进行清洗，用于去除附着在SiC外延片表面的颗粒；(4)使用HCL/H2O2/H2O在65～85℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的Na、Fe、Mg等金属杂质。
[0085] 本实施例中，清洗步骤包括：(1)SPM：使用H2SO4+H2O2在120℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的重有机物污染和部分金属；(2)使用HF(DHF)在20℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的自然氧化层，同时也可抑制氧化膜的形成；(3)使用NH40H/H2O2/H20在 30℃下进行清洗，用于去除附着在SiC外延片表面的颗粒；(4)使用HCL/H2O2/H2O在65℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的Na、Fe、Mg等金属杂质。
[0086] 如图1中的S3所示，进行步骤S3，采用ALD工艺于SiC基材表面形成栅介质层。
[0087] 作为示例，步骤S3中，栅介质层为SiO2薄膜与Al2O3薄膜交替叠加的复合栅介质层。
[0088] 具体的，采用ALD技术在SiC基材表面生长栅介质层时，所需的源都是外部提供的，不需要消耗器件表面及内部的Si原子，从而避免了栅介质层与SiC界面处C族聚集的现象，提高了界面特性。另外，本实施例中，栅介质层的厚度范围为50～60nm，本实施例中为55nm。因此，本发明的上述工艺解决了SiO2与SiC材料晶格不匹配、SiC表面SiO2热生长预算远远高于Si，导致其生长速度缓慢，以及SiC/SiO2界面处有大量的C族缺陷存在，并不能发挥类似于Si/SiO2界面的优势，造成SiC器件的反型沟道载流子迁移率极低，降低器件性能的诸多问题。同时，Al2O3薄膜的引入，提高了SiO2薄膜的介电常数，可大幅降低栅介质层中的电场强度，从而可避免栅介质层发生不可逆的击穿损坏，防止器件失效。
[0089] 作为示例，步骤S3中，形成栅介质层的步骤包括：向SiC基材表面生长SiO2薄膜，且循环生长包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段；向SiO2薄膜表面生长Al2O3薄膜，且循环生长包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段；向Al2O3薄膜表面依次循环以上两步骤，以获得栅介质层；
[0090] 作为示例，步骤S3中向SiC基材表面生长SiO2薄膜的步骤包括：
[0091] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气；
[0092] (2)向ALD反应腔室中通入所要形成的SiO2的前驱体源；
[0093] (3)向ALD反应腔室中进行吹气处理，以使SiO2的前驱体源附着在SiC基材表面；
[0094] (4)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气以及SiO2的前驱体源离化为等离子体；
[0095] (5)采用氧气等离子体对SiC基材表面进行等离子体循环处理，以在SiC基材表面生长 SiO2薄膜，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0096] 具体的，氧气的气体流量为40～80sccm，本实施例中选择为70sccm；载气包括但不限于 Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氩气，选择为40sccm；进一步，通入前驱体源，SiO2的前驱体源为TDMAS(四(二甲氨基) 硅烷)，当然，所形成SiO2的前驱体源可以选取本领域普通技术人员熟知的前驱体源，在此不做具体限制。通入后前驱体源附着在SiC表面。SiO2的前驱体源的通入时间为0.1～0.5s，本实施例中选择为0.4s。接着，进行吹气处理的气体包括但不限于N2，进行吹气处理的时间为4～10s，本实施例中吹气处理的气体为氮气，吹气处理时间选择为6s；进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为100～200W，本实施例中选择为150W。另外，本实施例中，等离子体循环的循环数优选为80～120次，本实施例中选择为90次，以进行SiO2薄膜的生长，在每一循环中，等离子体开启阶段的时间为 2～4s，本实施例中选择为3s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，本实施例中选择为5s。从而在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的SiO2薄膜。
[0097] 作为示例，步骤S3中向SiC基材表面生长Al2O3薄膜的步骤包括：
[0098] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气；
[0099] (2)向ALD反应腔室中通入所要形成的Al2O3的前驱体源；
[0100] (3)向ALD反应腔室中进行吹气处理，以使Al2O3的前驱体源附着在SiO2薄膜表面；
[0101] (4)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气以及Al2O3的前驱体源离化为等离子体；
[0102] (5)采用氧气离子体对SiO2薄膜表面进行等离子体循环处理，以在SiO2薄膜表面生长 Al2O3薄膜，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0103] 具体的，氧气的气体流量为50～70sccm，本实施例中选择为60sccm；载气包括但不限于 Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氩气，气体流量选择为40sccm；进一步，通入前驱体源，Al2O3的前驱体源为TMA(三甲基铝)，当然，所形成栅介质层的前驱体源可以选取本领域普通技术人员熟知的前驱体源，在此不做具体限制。通入后前驱体源附着在SiC表面。Al2O3的前驱体源的通入时间为0.2～0.5s，本实施例中选择为0.3s。接着，进行吹气处理的气体包括但不限于N2，进行吹气处理的时间为3～8s，本实施例中吹气处理的气体为氮气，吹气处理的时间选择为5s；进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为100～200W，本实施例中选择为150W。另外，本实施例中，等离子体循环的循环数优选为20～40次，本实施例中选择为30次，以进行Al2O3薄膜的生长，在每一循环中，等离子体开启阶段的时间为1～4s，本实施例中选择为3s，等离子体关闭阶段的时间为1～4s，本实施例中选择为4s。从而在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的Al2O3薄膜。
[0104] 作为示例，步骤S3中，SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜的循环次数为 3～6次，本实施例中选择为3次。在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的栅介质层。
[0105] 综上，本发明提供一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，栅介质层的制备方法包括如下步骤：提供一SiC基材，并将SiC基材置于ALD反应腔室中；将ALD反应腔室升温至适于后续所要形成的栅介质层生长的温度；采用ALD工艺于SiC基材表面形成栅介质层。通过上述技术方案，本发明的栅介质层在生长过程中，未消耗SiC外延片中的Si原子从而避免了栅介质层与SiC界面处C族聚集的现象，提高了界面特性；本发明利用ALD技术形成栅介质层，热预算低，简化器件制备工艺过程；本发明利用ALD技术形成的栅介质层同时具备 SiO2的禁带宽度宽、击穿强度大、高热稳定性与Al2O3的高介电常数的优势，不仅可降低栅泄漏电流，还可降低引入栅介质层中的电场强度，避免栅介质击穿。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0106] 实施例2：
[0107] 如图1所示，本发明提供一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，包括如下步骤：
[0108] S1：提供SiC基材，并将SiC基材放置于ALD反应腔室中；
[0109] S2：将ALD反应腔室升温；
[0110] S3：采用ALD工艺在SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜，形成栅介质层。
[0111] S4：在氧气氛围中对形成的栅介质层进行退火处理。
[0112] 下面将结合附图具体说明本发明的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法。
[0113] 如图1中的S1所示，进行步骤S1，提供一SiC基材，并将SiC基材置于ALD反应腔室中；
[0114] 具体的，SiC基材包括但不限于SiC外延片，本实施例中，SiC基材包括SiC衬底以及形成于SiC衬底上的SiC外延片，SiC外延片与SiC衬底的材料均为4H-SiC，进一步，SiC衬底的晶向偏离(11-20)方向(4±0.5)°倾角。
[0115] 作为示例，SiC基材还包括缓冲层，缓冲层位于SiC衬底与SiC外延片之间。
[0116] 具体的，缓冲层用于使衬底和外延层进行更好的匹配，缓冲层的厚度为0.5～1μm，优选为0.6～0.8μm，本实施例中选择为0.6μm。
[0117] 作为示例，步骤S1中，还包括对ALD反应腔室进行抽真空的步骤，使得ALD反应腔室的真空度为1～10mTorr，优选为2～8mTorr，本实施例中选择为2mTorr，选择该范围真空度条件，以利于后续形成高质量的栅介质层。
[0118] 步骤S3和步骤S4之间，采用第二等离子体对栅介质层表面进行等离子体后处理，第二等离子体为氧气等离子体或者臭氧等离子体，用于填补氧化物薄膜(栅介质层)中的氧空位，降低陷阱缺陷。
[0119] 本实施例中，第二等离子体为氧气等离子体，进行等离子体后处理的步骤包括：
[0120] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气或者臭氧和载气；
[0121] (2)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气或者臭氧离化为第二等离子体；
[0122] (3)采用第二等离子体对复合栅介质层表面进行等离子体循环间歇式处理，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0123] 作为示例，步骤(1)之前还包括向ALD反应腔室中通入清洗气体的步骤，以去除形成栅介质层过程中残留在其表面的前驱体源。
[0124] 作为示例，步骤(1)中，氧气或者臭氧的气体流量为40～60sccm，载气的气体流量为 20～40sccm；步骤(2)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(3)中，等离子体开启阶段的时间为2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行等离子体循环处理的次数为15～20次。
[0125] 具体的，氧气或者臭氧的气体流量优选为45～55sccm，本实施例中气体为臭氧，选择为 55sccm；载气包括但不限于Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为 25～35sccm，本实施例中载气为氦气，气体流量选择为25sccm。进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入驱动等离子，强度范围优选为120～180W，本实施例中选择为
120W，从而在驱动等离子的作用下使氧气或者臭氧形成第二等离子体，本实施例中为臭氧等离子体。另外，本实施例中，等离子体循环处理的处理循环数为15，在每一循环中，开启等离子体的时间为4s，关闭等离子体的时间为3s。在上述参数的设置以及互相匹配下，进行氧气等离子体处理后，相对于现有技术，获得了高质量的栅介质层。
120W，从而在驱动等离子的作用下使氧气或者臭氧形成第二等离子体，本实施例中为臭氧等离子体。另外，本实施例中，等离子体循环处理的处理循环数为15，在每一循环中，开启等离子体的时间为4s，关闭等离子体的时间为3s。在上述参数的设置以及互相匹配下，进行氧气等离子体处理后，相对于现有技术，获得了高质量的栅介质层。
[0126] 如图1中的S2所示，进行步骤S2，将ALD反应腔室升温至适于后续所要形成的复合栅介质层生长的温度；
[0127] 作为示例，步骤S2中，适于后续所要形成的栅介质层生长的温度为200～350℃。
[0128] 具体的，栅介质层生长的温度优选为220～280℃，本实施例中选择为220℃，复合栅介质层栅介质层在200～300℃低温生长，可大幅降低热预算和对SiC表面的损伤。
[0129] 步骤S4中，在O2氛围中对栅介质层进行退火处理，以增加栅介质层致密性以及填补复合栅介质层中的氧空位，退火处理的温度范围为500～700℃，优选为550～650℃，本实施例中选择为550℃，退火时间为1～3min，优选为1.5～2.5min，本实施例中选择为1.5min。
[0130] 步骤S2和步骤S3之间，采用第一等离子体对SiC基材表面进行预处理，第一等离子体为NH3等离子体。
[0131] 作为示例，第一等离子体为NH3等离子体，进行预处理的步骤包括：
[0132] (1)向ALD反应腔室中通入含NH3和载气；
[0133] (2)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使含NH3气体离化为第一等离子体；
[0134] (3)采用第一等离子体对SiC表面进行等离子体循环处理，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0135] 作为示例，步骤(1)中，氨气的气体流量为60～100sccm，载气的气体流量为20～60sccm；步骤(2)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(3)中，等离子体开启阶段的时间为 2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行等离子体循环处理的次数为10～20次。
[0136] 需要说明的是，第一等离子体为NH3等离子体，采用其对SiC器件的表面进行预处理一方面可以清除SiC表面残留的自然氧化物，另一方面，还可以填补SiC表面的悬挂键，可以起到降低复合栅介质层与SiC界面态密度的作用，提高界面特性。另外，第一等离子体包括单一NH3等离子体，或NH3和Ar等离子体共同处理，或者采用NH3、Ar和N2等离子体共同处理。
[0137] 具体的，氨气的气体流量优选为70～90sccm，本实施例中选择为90sccm；载气包括但不限于Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氦气，气体流量选择为30sccm。进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为120～180W，本实施例中选择为120W，从而形成第二等离子体，本实施例中为NH3等离子体。另外，本实施例中，等离子体循环处理的处理循环数为10，在每一循环中，开启等离子体的时间为4s，关闭等离子体的时间为3s。在上述参数的设置以及互相匹配下，采用原子层沉积(ALD)技术结合NH3等离子体原位钝化技术在 SiC器件表面生长具有较高介电常数的薄膜，并结合O2等离子体后处理可获得栅介质层/SiC 界面处无C簇聚集、且高介电常数的栅介质层。
[0138] 作为示例，还包括在进行预处理之前采用RCA标准清洗法对SiC表面进行清洗的步骤。
[0139] 具体的，进行清洗的目的是除去SiC基材表面可能存在的有机物、颗粒和金属杂质等污染物，这些污染物的存在会影响SiC器件的电学性能。另外，RCA标准清洗的步骤包括： (1)SPM：使用H2SO4+H2O2在120～150℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的重有机物污染和部分金属；(2)使用HF(DHF)在20～25℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的自然氧化层，同时也可抑制氧化膜的形成；(3)使用NH40H/H2O2/H20在30～80℃下进行清洗，用于去除附着在SiC外延片表面的颗粒；(4)使用HCL/H2O2/H2O在65～85℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的Na、Fe、Mg等金属杂质。
[0140] 本实施例中，清洗步骤包括：(1)SPM：使用H2SO4+H2O2在135℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的重有机物污染和部分金属；(2)使用HF(DHF)在22℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的自然氧化层，同时也可抑制氧化膜的形成；(3)使用NH40H/H2O2/H20在 50℃下进行清洗，用于去除附着在SiC外延片表面的颗粒；(4)使用HCL/H2O2/H2O在75℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的Na、Fe、Mg等金属杂质。
[0141] 如图1中的S3所示，进行步骤S3，采用ALD工艺于SiC基材表面形成栅介质层。
[0142] 作为示例，步骤S3中，栅介质层为SiO2薄膜与Al2O3薄膜交替叠加的复合栅介质层。
[0143] 具体的，采用ALD技术在SiC基材表面生长栅介质层时，所需的源都是外部提供的，不需要消耗器件表面及内部的Si原子，从而避免了栅介质层与SiC界面处C族聚集的现象，提高了界面特性。另外，本实施例中，栅介质层的厚度范围为50～60nm，本实施例中为50nm。因此，本发明的上述工艺解决了SiO2与SiC材料晶格不匹配、SiC表面SiO2热生长预算远远高于Si，导致其生长速度缓慢，以及SiC/SiO2界面处有大量的C族缺陷存在，并不能发挥类似于Si/SiO2界面的优势，造成SiC器件的反型沟道载流子迁移率极低，降低器件性能的诸多问题。同时，Al2O3薄膜的引入，提高了SiO2薄膜的介电常数，可大幅降低栅介质层中的电场强度，从而可避免栅介质层发生不可逆的击穿损坏，防止器件失效。
[0144] 作为示例，步骤S3中，形成栅介质层的步骤包括：向SiC基材表面生长SiO2薄膜，且循环生长包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段；向SiO2薄膜表面生长Al2O3薄膜，且循环生长包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段；向Al2O3薄膜表面依次循环以上两步骤，以获得栅介质层；
[0145] 作为示例，步骤S3中向SiC基材表面生长SiO2薄膜的步骤包括：
[0146] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气；
[0147] (2)向ALD反应腔室中通入所要形成的SiO2的前驱体源；
[0148] (3)向ALD反应腔室中进行吹气处理，以使SiO2的前驱体源附着在SiC基材表面；
[0149] (4)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气以及SiO2的前驱体源离化为等离子体；
[0150] (5)采用氧气等离子体对SiC基材表面进行等离子体循环处理，以在SiC基材表面生长 SiO2薄膜，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0151] 具体的，氧气的气体流量为40～80sccm，本实施例中选择为40sccm；载气包括但不限于 Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氦气，选择为30sccm；进一步，通入前驱体源，SiO2的前驱体源为双(二乙氨基)硅烷，简称BDEAS，当然所形成SiO2的前驱体源可以选取本领域普通技术人员熟知的前驱体源，在此不做具体限制。通入后前驱体源附着在SiC表面。SiO2的前驱体源的通入时间为0.1～0.5s，本实施例中选择为0.1s。接着，进行吹气处理的气体包括但不限于N2，进行吹气处理的时间为 4～10s，本实施例中吹气处理的气体为氮气，吹气处理时间选择为4s；进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为100～200W，本实施例中选择为200W。另外，本实施例中，等离子体循环的循环数优选为80～120次，本实施例中选择为120次，以进行SiO2薄膜的生长，在每一循环中，等离子体开启阶段的时间为2～4s，本实施例中选择为2s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，本实施例中选择为6s。从而在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的SiO2薄膜。
[0152] 作为示例，步骤S3中向SiC基材表面生长Al2O3薄膜的步骤包括：
[0153] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气；
[0154] (2)向ALD反应腔室中通入所要形成的Al2O3的前驱体源；
[0155] (3)向ALD反应腔室中进行吹气处理，以使Al2O3的前驱体源附着在SiO2薄膜表面；
[0156] (4)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气以及Al2O3的前驱体源离化为等离子体；
[0157] (5)采用氧气离子体对SiO2薄膜表面进行等离子体循环处理，以在SiO2薄膜表面生长 Al2O3薄膜，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0158] 具体的，氧气的气体流量为50～70sccm，本实施例中选择为50sccm；载气包括但不限于 Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氦气，气体流量选择为30sccm；进一步，通入前驱体源，Al2O3的前驱体源为三氯化铝，当然，所形成栅介质层的前驱体源可以选取本领域普通技术人员熟知的前驱体源，在此不做具体限制。通入后前驱体源附着在SiC表面。Al2O3的前驱体源的通入时间为0.2～0.5s，本实施例中选择为0.2s。接着，进行吹气处理的气体包括但不限于N2，进行吹气处理的时间为3～8s，本实施例中吹气处理的气体为氮气，吹气处理的时间选择为3s；进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为100～200W，本实施例中选择为200W。另外，本实施例中，等离子体循环的循环数优选为20～40次，本实施例中选择为20次，以进行Al2O3薄膜的生长，在每一循环中，等离子体开启阶段的时间为1～4s，本实施例中选择为4s，等离子体关闭阶段的时间为1～4s，本实施例中选择为1s。从而在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的Al2O3薄膜。
[0159] 作为示例，步骤S3中，SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜的循环次数为 3～6次，本实施例中选择为6次。在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的栅介质层。
[0160] 综上，本发明提供一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，栅介质层的制备方法包括如下步骤：提供一SiC基材，并将SiC基材置于ALD反应腔室中；将ALD反应腔室升温至适于后续所要形成的栅介质层生长的温度；采用ALD工艺于SiC基材表面形成栅介质层。通过上述技术方案，本发明的栅介质层在生长过程中，未消耗SiC外延片中的Si原子从而避免了栅介质层与SiC界面处C族聚集的现象，提高了界面特性；本发明利用ALD技术形成栅介质层，热预算低，简化器件制备工艺过程；本发明利用ALD技术形成的栅介质层同时具备 SiO2的禁带宽度宽、击穿强度大、高热稳定性与Al2O3的高介电常数的优势，不仅可降低栅泄漏电流，还可降低引入栅介质层中的电场强度，避免栅介质击穿。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0161] 实施例3：
[0162] 如图1所示，本发明提供一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，包括如下步骤：
[0163] S1：提供SiC基材，并将SiC基材放置于ALD反应腔室中；
[0164] S2：将ALD反应腔室升温；
[0165] S3：采用ALD工艺在SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜，形成栅介质层。
[0166] S4：在氧气氛围中对形成的栅介质层进行退火处理。
[0167] 下面将结合附图具体说明本发明的一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法。
[0168] 如图1中的S1所示，进行步骤S1，提供一SiC基材，并将SiC基材置于ALD反应腔室中；
[0169] 具体的，SiC基材包括但不限于SiC外延片，本实施例中，SiC基材包括SiC衬底以及形成于SiC衬底上的SiC外延片，SiC外延片与SiC衬底的材料均为4H-SiC，进一步，SiC衬底的晶向偏离(11-20)方向(4±0.5)°倾角。
[0170] 作为示例，SiC基材还包括缓冲层，缓冲层位于SiC衬底与SiC外延片之间。
[0171] 具体的，缓冲层用于使衬底和外延层进行更好的匹配，缓冲层的厚度为0.5～1μm，优选为0.6～0.8μm，本实施例中选择为0.8μm。
[0172] 作为示例，步骤S1中，还包括对ALD反应腔室进行抽真空的步骤，使得ALD反应腔室的真空度为1～10mTorr，优选为2～8mTorr，本实施例中选择为8mTorr，选择该范围真空度条件，以利于后续形成高质量的栅介质层。
[0173] 步骤S3和步骤S4之间，采用第二等离子体对栅介质层表面进行等离子体后处理，第二等离子体为氧气等离子体或者臭氧等离子体，用于填补氧化物薄膜(栅介质层)中的氧空位，降低陷阱缺陷。
[0174] 本实施例中，第二等离子体为氧气等离子体，进行等离子体后处理的步骤包括：
[0175] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气或者臭氧和载气；
[0176] (2)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气或者臭氧离化为第二等离子体；
[0177] (3)采用第二等离子体对复合栅介质层表面进行等离子体循环间歇式处理，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0178] 作为示例，步骤(1)之前还包括向ALD反应腔室中通入清洗气体的步骤，以去除形成栅介质层过程中残留在其表面的前驱体源。
[0179] 作为示例，步骤(1)中，氧气或者臭氧的气体流量为40～60sccm，载气的气体流量为 20～40sccm；步骤(2)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(3)中，等离子体开启阶段的时间为2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行等离子体循环处理的次数为15～20次。
[0180] 具体的，氧气或者臭氧的气体流量优选为45～55sccm，本实施例中气体为氧气，选择为 45sccm；载气包括但不限于Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为 25～35sccm，本实施例中载气为氩气，气体流量选择为35ccm。进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入驱动等离子，强度范围优选为120～180W，本实施例中选择为180W，从而在驱动等离子的作用下使氧气或者臭氧形成第二等离子体，本实施例中为氧气等离子体。另外，本实施例中，等离子体循环处理的处理循环数为20，在每一循环中，开启等离子体的时间为2s，关闭等离子体的时间为6s。在上述参数的设置以及互相匹配下，进行氧气等离子体处理后，相对于现有技术，获得了高质量的栅介质层。
[0181] 如图1中的S2所示，进行步骤S2，将ALD反应腔室升温至适于后续所要形成的复合栅介质层生长的温度；
[0182] 作为示例，步骤S2中，适于后续所要形成的栅介质层生长的温度为200～350℃。
[0183] 具体的，栅介质层生长的温度优选为220～280℃，本实施例中选择为280℃，复合栅介质层栅介质层在200～300℃低温生长，可大幅降低热预算和对SiC表面的损伤。
[0184] 步骤S4中，在O2氛围中对栅介质层进行退火处理，以增加栅介质层致密性以及填补复合栅介质层中的氧空位，退火处理的温度范围为500～700℃，优选为550～650℃，本实施例中选择为650℃，退火时间为1～3min，优选为1.5～2.5min，本实施例中选择为2.5min。
[0185] 步骤S2和步骤S3之间，采用第一等离子体对SiC基材表面进行预处理，第一等离子体为NH3等离子体。
[0186] 作为示例，第一等离子体为NH3等离子体，进行预处理的步骤包括：
[0187] (1)向ALD反应腔室中通入含NH3和载气；
[0188] (2)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使含NH3气体离化为第一等离子体；
[0189] (3)采用第一等离子体对SiC表面进行等离子体循环处理，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0190] 作为示例，步骤(1)中，氨气的气体流量为60～100sccm，载气的气体流量为20～60sccm；步骤(2)中，驱动等离子的强度为100～200w；步骤(3)中，等离子体开启阶段的时间为 2～4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，进行等离子体循环处理的次数为10～20次。
[0191] 需要说明的是，第一等离子体为NH3等离子体，采用其对SiC器件的表面进行预处理一方面可以清除SiC表面残留的自然氧化物，另一方面，还可以填补SiC表面的悬挂键，可以起到降低复合栅介质层与SiC界面态密度的作用，提高界面特性。另外，第一等离子体包括单一NH3等离子体，或NH3和Ar等离子体共同处理，或者采用NH3、Ar和N2等离子体共同处理。
[0192] 具体的，氨气的气体流量优选为70～90sccm，本实施例中选择为70sccm；载气包括但不限于Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氩气，气体流量选择为50sccm。进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为120～180W，本实施例中选择为180W，从而形成第二等离子体，本实施例中为NH3等离子体。另外，本实施例中，等离子体循环处理的处理循环数为20，在每一循环中，开启等离子体的时间为2s，关闭等离子体的时间为6s。在上述参数的设置以及互相匹配下，采用原子层沉积(ALD)技术结合NH3等离子体原位钝化技术在 SiC器件表面生长具有较高介电常数的薄膜，并结合O2等离子体后处理可获得栅介质层/SiC 界面处无C簇聚集、且高介电常数的栅介质层。
[0193] 作为示例，还包括在进行预处理之前采用RCA标准清洗法对SiC表面进行清洗的步骤。
[0194] 具体的，进行清洗的目的是除去SiC基材表面可能存在的有机物、颗粒和金属杂质等污染物，这些污染物的存在会影响SiC器件的电学性能。另外，RCA标准清洗的步骤包括： (1)SPM：使用H2SO4+H2O2在120～150℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的重有机物污染和部分金属；(2)使用HF(DHF)在20～25℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的自然氧化层，同时也可抑制氧化膜的形成；(3)使用NH40H/H2O2/H20在30～80℃下进行清洗，用于去除附着在SiC外延片表面的颗粒；(4)使用HCL/H2O2/H2O在65～85℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的Na、Fe、Mg等金属杂质。
[0195] 本实施例中，清洗步骤包括：(1)SPM：使用H2SO4+H2O2在150℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的重有机物污染和部分金属；(2)使用HF(DHF)在25℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的自然氧化层，同时也可抑制氧化膜的形成；(3)使用NH40H/H2O2/H20在 80℃下进行清洗，用于去除附着在SiC外延片表面的颗粒；(4)使用HCL/H2O2/H2O在85℃下进行清洗，用于去除SiC外延片表面的Na、Fe、Mg等金属杂质。
[0196] 如图1中的S3所示，进行步骤S3，采用ALD工艺于SiC基材表面形成栅介质层。
[0197] 作为示例，步骤S3中，栅介质层为SiO2薄膜与Al2O3薄膜交替叠加的复合栅介质层。
[0198] 具体的，采用ALD技术在SiC基材表面生长栅介质层时，所需的源都是外部提供的，不需要消耗器件表面及内部的Si原子，从而避免了栅介质层与SiC界面处C族聚集的现象，提高了界面特性。另外，本实施例中，栅介质层的厚度范围为50～60nm，本实施例中为60nm。因此，本发明的上述工艺解决了SiO2与SiC材料晶格不匹配、SiC表面SiO2热生长预算远远高于Si，导致其生长速度缓慢，以及SiC/SiO2界面处有大量的C族缺陷存在，并不能发挥类似于Si/SiO2界面的优势，造成SiC器件的反型沟道载流子迁移率极低，降低器件性能的诸多问题。同时，Al2O3薄膜的引入，提高了SiO2薄膜的介电常数，可大幅降低栅介质层中的电场强度，从而可避免栅介质层发生不可逆的击穿损坏，防止器件失效。
[0199] 作为示例，步骤S3中，形成栅介质层的步骤包括：向SiC基材表面生长SiO2薄膜，且循环生长包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段；向SiO2薄膜表面生长Al2O3薄膜，且循环生长包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段；向Al2O3薄膜表面依次循环以上两步骤，以获得栅介质层；
[0200] 作为示例，步骤S3中向SiC基材表面生长SiO2薄膜的步骤包括：
[0201] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气；
[0202] (2)向ALD反应腔室中通入所要形成的SiO2的前驱体源；
[0203] (3)向ALD反应腔室中进行吹气处理，以使SiO2的前驱体源附着在SiC基材表面；
[0204] (4)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气以及SiO2的前驱体源离化为等离子体；
[0205] (5)采用氧气等离子体对SiC基材表面进行等离子体循环处理，以在SiC基材表面生长 SiO2薄膜，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0206] 具体的，氧气的气体流量为40～80sccm，本实施例中选择为80sccm；载气包括但不限于 Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氩气，选择为50sccm；进一步，通入前驱体源，SiO2的前驱体源为四甲基硅酸铵，简称TMAS，当然，所形成SiO2的前驱体源可以选取本领域普通技术人员熟知的前驱体源，在此不做具体限制。通入后前驱体源附着在SiC表面。SiO2的前驱体源的通入时间为0.1～0.5s，本实施例中选择为0.5s。接着，进行吹气处理的气体包括但不限于N2，进行吹气处理的时间为4～10s，本实施例中吹气处理的气体为氮气，吹气处理时间选择为10s；进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为100～200W，本实施例中选择为100W。另外，本实施例中，等离子体循环的循环数优选为80～120次，本实施例中选择为80次，以进行SiO2薄膜的生长，在每一循环中，等离子体开启阶段的时间为2～4s，本实施例中选择为4s，等离子体关闭阶段的时间为3～6s，本实施例中选择为3s。从而在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的SiO2薄膜。
[0207] 作为示例，步骤S3中向SiC基材表面生长Al2O3薄膜的步骤包括：
[0208] (1)向ALD反应腔室中通入氧气和载气；
[0209] (2)向ALD反应腔室中通入所要形成的Al2O3的前驱体源；
[0210] (3)向ALD反应腔室中进行吹气处理，以使Al2O3的前驱体源附着在SiO2薄膜表面；
[0211] (4)向ALD反应腔室中引入驱动等离子，以使氧气以及Al2O3的前驱体源离化为等离子体；
[0212] (5)采用氧气离子体对SiO2薄膜表面进行等离子体循环处理，以在SiO2薄膜表面生长 Al2O3薄膜，等离子体循环处理包括等离子体开启阶段和等离子体关闭阶段。
[0213] 具体的，氧气的气体流量为50～70sccm，本实施例中选择为60sccm；载气包括但不限于 Ar气体，还可以为其他惰性气体，如He，气体流量优选为30～50sccm，本实施例中载气为氩气，气体流量选择为50sccm；进一步，通入前驱体源，Al2O3的前驱体源为TMA(三甲基铝)，当然，所形成栅介质层的前驱体源可以选取本领域普通技术人员熟知的前驱体源，在此不做具体限制。通入后前驱体源附着在SiC表面。Al2O3的前驱体源的通入时间为0.2～0.5s，本实施例中选择为0.5s。接着，进行吹气处理的气体包括但不限于N2，进行吹气处理的时间为3～8s，本实施例中吹气处理的气体为氮气，吹气处理的时间选择为8s；进一步，调试等离子体发生装置，并在ALD腔体中引入等离子体，等离子体强度范围优选为100～200W，本实施例中选择为100W。另外，本实施例中，等离子体循环的循环数优选为20～40次，本实施例中选择为40次，以进行Al2O3薄膜的生长，在每一循环中，等离子体开启阶段的时间为1～4s，本实施例中选择为1s，等离子体关闭阶段的时间为1～4s，本实施例中选择为3s。从而在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的Al2O3薄膜。
[0214] 作为示例，步骤S3中，SiC基材表面依次循环生长SiO2薄膜与Al2O3薄膜的循环次数为 3～6次，本实施例中选择为4次。在上述参数的设置以及互相匹配下，最终获得高质量的栅介质层。
[0215] 综上，本发明提供一种制备碳化硅MOSFET栅介质层的方法，栅介质层的制备方法包括如下步骤：提供一SiC基材，并将SiC基材置于ALD反应腔室中；将ALD反应腔室升温至适于后续所要形成的栅介质层生长的温度；采用ALD工艺于SiC基材表面形成栅介质层。通过上述技术方案，本发明的栅介质层在生长过程中，未消耗SiC外延片中的Si原子从而避免了栅介质层与SiC界面处C族聚集的现象，提高了界面特性；本发明利用ALD技术形成栅介质层，热预算低，简化器件制备工艺过程；本发明利用ALD技术形成的栅介质层同时具备 SiO2的禁带宽度宽、击穿强度大、高热稳定性与Al2O3的高介电常数的优势，不仅可降低栅泄漏电流，还可降低引入栅介质层中的电场强度，避免栅介质击穿。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0216] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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