氮氫等離子體處理對SiC MOS柵氧化層可靠性的影響.pdf

1、SiC材料由于具有禁帶寬度較大，臨界擊穿場強較高以及熱導(dǎo)率高等優(yōu)異的物理性質(zhì)而被稱為第三代半導(dǎo)體材料，有望被廣泛應(yīng)用于高溫、高頻及大功率器件領(lǐng)域。且SiC可通過熱氧化方式生長SiO2氧化膜，使得借鑒成熟Si工藝制作SiC MOSFET器件成為可能。但SiC材料的特殊結(jié)構(gòu)使其氧化后會產(chǎn)生較多缺陷結(jié)構(gòu)，使單純通過熱氧化生長的柵氧化層可靠性不能滿足實用要求，限制了SiC MOSFET的廣泛應(yīng)用。因此，改進SiC MOS柵氧化層的制作工藝來改善

2、柵氧化層可靠性成為了當(dāng)今SiC MOSFET器件領(lǐng)域研究的關(guān)鍵問題。
　　本文采用電子回旋共振微波NH等離子體表面處理及氧化后退火處理技術(shù)對SiC MOS電容樣品進行處理，分別通過電流-電壓(I-V)特性及經(jīng)時擊穿(TDDB)特性對處理后樣品的柵氧化層可靠性進行評價，并通過電容-電壓（C-V)測試及界面組成分析對SiCMOS柵氧化層可靠性改善機理進行分析。I-V特性測試發(fā)現(xiàn)經(jīng)過NH等離子體表面及退火處理的樣品的擊穿場強可達到11.

3、33MV/cm，而勢壘高度可達到2.69eV與SiC/SiO2理想勢壘高度2.7eV十分接近，與僅經(jīng)過NH等離子體退火處理的樣品及未處理樣品相比，絕緣性及擊穿特性明顯提高。而通過TDDB特性測試發(fā)現(xiàn)經(jīng)過NH等離子體表面及退火處理的樣品的特征失效時間所對應(yīng)擊穿電荷量可達到4C/cm2，是僅經(jīng)過NH等離子體退火處理樣品擊穿電荷量的5倍左右，是未處理樣品擊穿電荷量的50倍左右，且假設(shè)實際工作在3MV/cm的場強下，80％以上的被測試樣品的壽命

4、均在十年左右或超過十年，是未經(jīng)過處理樣品壽命的100倍左右。同時，經(jīng)過NH等離子體表面及退火處理的樣品的經(jīng)時擊穿場強及均一性均較其他兩組樣品明顯提高，證明該樣品的柵氧化層可靠性明顯提高。通過C-V測試發(fā)現(xiàn)，NH等離子體表面及退火處理的樣品的界面態(tài)密度明顯降低，且其平帶電壓也明顯減小可低至0.02V，證明NH等離子體表面及退火處理可以有效地改善SiC MOS電容的界面情況。而通過對界面組成分析推測氧化后退火處理很好地鈍化了SiOxCy和碳