SiC MOS界面氨等離子體處理及電學(xué)特性研究.pdf

1、作為第三代化合物半導(dǎo)體中的翹楚，碳化硅(SiC)具備一系列優(yōu)良特性，在高溫、高頻、大功率器件領(lǐng)域具有非常好的前景。另外，SiC還能夠通過氧化工藝生長出二氧化硅(SiO2)層，這在化合物半導(dǎo)體中是獨(dú)一無二的。然而，由于SiO2/SiC界面態(tài)密度（Dit）過高，導(dǎo)致SiC MOS器件溝道遷移率低，一直未能取得良好的發(fā)展及應(yīng)用。因此，降低SiO2/SiC界面的Dit，是SiC金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。
　　本文

2、探索了電子回旋共振(ECR)氨等離子體氧化后退火(POA)工藝，并制作了結(jié)合該工藝的SiC MOS電容器件。在對器件進(jìn)行I-V測試中，采用Fowler-Nordhein模型計算得出，氨等離子體POA工藝將SiC MOS器件的氧化層絕緣擊穿場強(qiáng)從9.60MV/cm提高到9.85 MV/cm，并將勢壘高度從2.40 eV提高到2.56 eV。恒定電流經(jīng)時擊穿(CCTDDB)測試得出，經(jīng)氨等離子體POA工藝處理后，SiC MOS器件的工作壽命

3、達(dá)到50000小時，較未處理樣品提高了50倍。以上測試研究說明，氨等離子體POA工藝可以提高SiC MOS器件的氧化層絕緣特性與可靠性。在對器件進(jìn)行C-V測試中，本文采用Gray-Brown法、室溫hi-lo法、高溫hi-lo法提取了能級范圍Ec-0.06～1.2 eV的Dit分布，發(fā)現(xiàn)氨等離子體POA工藝可以顯著降低Dit，降低效果隨處理時間不同，本實(shí)驗中Dit降低幅度最大的樣品來自處理時間為10 min的樣品，它在大部分能級范圍內(nèi)的

4、Dit降低幅度都達(dá)到1個數(shù)量級以上。在對器件進(jìn)行二次離子質(zhì)譜(SIMS)測試中，發(fā)現(xiàn)氨等離子體POA工藝可以在界面處引入大量的N原子和H原子，其中N原子濃度為1.2×1019cm-3，H原子濃度為5.2×1020 cm-3。不同于高溫氨氣POA工藝在整個氧化層中引入N原子，氨等離子體POA工藝引入的N原子僅在界面處積累，這可以很大程度上保證氧化層的質(zhì)量。而在界面處積累的N原子和H原子可以與界面缺陷充分反應(yīng)，生成易揮發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物或?qū)⑷毕菽?/p>