一种碳化硅界面钝化方法及碳化硅衬底

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种碳化硅界面钝化方法及碳化硅衬底。

背景技术

碳化硅表面生长的二氧化硅层的质量是碳化硅MOS功率器件性能优劣的关键要素之一，因此如何有效降低碳化硅/二氧化硅界面缺陷是目前业界重点关注的问题之一。

目前碳化硅/二氧化硅的界面缺陷钝化大多采用N钝化的方法，但是N钝化后仍然存在碳化硅/二氧化硅界面缺陷。

发明内容

本发明为解决碳化硅界面缺陷问题，提供一种碳化硅界面钝化方法，包括：

提供碳化硅/二氧化硅衬底，其中的碳化硅/二氧化硅界面具有缺陷；

将所述碳化硅/二氧化硅衬底置于氢源气氛中，使所述氢源气氛中的氢元素进入所述碳化硅/二氧化硅衬底界面的缺陷位置；

激光照射所述碳化硅/二氧化硅衬底界面处并对所述碳化硅/二氧化硅衬底进行退火处理，使得氢元素的带电状态的转化位置集中于所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处并控制所述氢元素的带电状态，使得所述碳化硅/二氧化硅的界面处的缺陷被钝化，获得高质量的碳化硅/二氧化硅衬底。

可选的，所述缺陷包括碳悬挂键缺陷，所述碳悬挂键缺陷位于所述碳化硅/二氧化硅的界面处。

可选的，所述氢源包括氢分子、氢原子、H

可选的，所述氢源的浓度范围为10

可选的，所述退火处理的温度范围为800℃～1100℃，所述退火处理的时间范围为10分钟～40分钟。

可选的，所述激光波长范围为300nm～400nm。

可选的，所述激光的光照强度范围为20000W/m

可选的，当所述碳化硅/二氧化硅衬底中的碳化硅为p型碳化硅时，使得所述氢元素的带电状态为H

可选的，当所述碳化硅/二氧化硅衬底中的碳化硅为p型碳化硅时，所述氢源为H

本发明实施例还提供一种碳化硅/二氧化硅衬底，采用上述的一种碳化硅/二氧化硅界面钝化方法制备。

综上所述，本发明的优点及有益效果为：

本发明提供一种碳化硅界面钝化方法及碳化硅衬底。包括：提供碳化硅/二氧化硅衬底，其中的碳化硅/二氧化硅界面具有缺陷；将所述碳化硅/二氧化硅衬底置于氢源气氛中，使所述氢源气氛中的氢元素进入所述碳化硅/二氧化硅衬底界面的缺陷位置；激光照射所述碳化硅/二氧化硅衬底界面处，并对所述碳化硅/二氧化硅衬底进行退火处理，使得氢元素的带电状态的转化位置集于所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处并控制位于所述氢元素的带电状态，使得所述碳化硅/二氧化硅的界面处的缺陷被钝化。

本发明将所述碳化硅/二氧化硅衬底置于氢源氛围中，利用激光照射并退火，使得所述碳化硅/二氧化硅衬底界面间的缺陷被钝化，由于激光的光照强度更大，更有利于载流子的大量生成，促使H

而且，氢元素的体积非常小，更容易进入碳化硅/二氧化硅材料的缝隙中，使得所述碳化硅/二氧化硅衬底中碳化硅表面及近表面的碳悬挂键被钝化，有利于碳化硅的表面钝化，从而获得更高质量高质量的碳化硅/二氧化硅衬底。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的一种碳化硅界面钝化方法的流程示意图。

具体实施方式

现有技术中，在碳化硅衬底的表面高温氧化或者低压热沉积法形成栅氧结构后，在所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处会存在碳悬挂键缺陷，又由于碳悬挂键缺陷主要位于碳化硅带隙中距离导带较近、能级较浅的位置，所述碳化硅/二氧化硅衬底的碳悬挂键缺陷的浓度高低直接影响碳化硅功率器件性能，为解决所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处的缺陷，本发明提供一种碳化硅/二氧化硅界面钝化方法及碳化硅/二氧化硅衬底。

为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种碳化硅界面钝化方法，如图1所示，包括：

步骤S10，提供碳化硅/二氧化硅衬底，其中的碳化硅/二氧化硅界面具有缺陷；

步骤S20，将所述碳化硅/二氧化硅衬底置于氢源气氛中，使所述氢源气氛中的氢元素进入所述碳化硅/二氧化硅衬底界面的缺陷位置；

步骤S30，激光照射所述碳化硅/二氧化硅衬底界面处并对所述碳化硅/二氧化硅衬底进行退火处理，使得氢元素的带电状态的变化集于所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处并控制位于所述氢元素的带电状态，使得所述碳化硅/二氧化硅的界面处的缺陷被钝化，获得高质量的碳化硅/二氧化硅衬底。

具体的，执行步骤S10，提供碳化硅/二氧化硅衬底，其中的碳化硅/二氧化硅界面具有缺陷。

在本发明实施例中，所述碳化硅/二氧化硅衬底的形成步骤为：提供碳化硅衬底，在所述碳化硅衬底表面形成二氧化硅层，形成碳化硅/二氧化硅衬底。

其中，所述二氧化硅层的形成工艺为高温氧化法或者低压热沉积法制备。

所述二氧化硅层的厚度范围为20nm～130nm。

在本发明实施例中，所述缺陷包括硅悬挂键和碳悬挂键缺陷，所述硅悬挂键和碳悬挂键缺陷位于所述碳化硅/二氧化硅的界面处。

现有技术中，在碳化硅衬底的表面高温氧化或者低压热沉积法形成栅氧结构后，在所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处会存在硅悬挂键和碳悬挂键缺陷，又由于硅悬挂键和碳悬挂键缺陷主要位于碳化硅带隙中距离导带较近、能级较浅的位置，所述碳化硅/二氧化硅衬底的硅悬挂键和碳悬挂键缺陷的浓度高低直接影响碳化硅功率器件性能。

执行步骤S20，将所述碳化硅/二氧化硅衬底置于氢源气氛中，使所述氢源气氛中的氢元素进入所述碳化硅/二氧化硅衬底界面的缺陷位置。

所述氢源包括氢分子、氢原子、H

在本发明实施例中，所述氢源为氢原子。

在其他实施例中，当所述碳化硅/二氧化硅衬底中的碳化硅为p型碳化硅时，所述氢源为H

当所述氢源为氢分子时，设定所述氢分子的注入位置及注入温度，使得所述氢分子解离成氢原子，以维持所述氢源的浓度。

在其他实施例中，根据所述碳化硅/二氧化硅衬底中的碳化硅的不同类型，提前对所述碳化硅/二氧化硅衬底进行预热，以使得所述氢源快速的扩散至所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处。

在本发明实施例中，所述氢源的浓度范围为10

由于氢元素的体积小，更容易进入所述碳化硅/二氧化硅衬底的缝隙中，有利于所述碳化硅/二氧化硅衬底界面处的缺陷被钝化。

执行步骤S30，激光照射所述碳化硅/二氧化硅衬底界面处并对所述碳化硅/二氧化硅衬底进行退火处理，使得氢元素的带电状态的转化位置集于所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处并控制位于所述氢元素的带电状态，使得所述碳化硅/二氧化硅的界面处的缺陷被钝化，获得高质量的碳化硅/二氧化硅衬底。

所述退火处理的温度范围为800℃～1100℃，所述退火处理的时间范围为10分钟～40分钟。

在本发明实施例中，所述退火处理的温度为1000℃，所述退火处理的温度根据氢源的性质确定。

退火处理所述碳化硅/二氧化硅衬底，使得所述氢源扩散至所述碳化硅/二氧化硅衬底界面处的缺陷位置。

在本发明实施例中，所述激光的光照强度范围为20000W/m

采用激光照射所述碳化硅/二氧化硅衬底，使得光照的强度更强，更有利于所述碳化硅/二氧化硅衬底中载流子的大量生成，使得H

在本发明实施例中，所述激光波长范围为300nm～400nm，所述激光的光子能量高，有利于克服碳-氢成键的能量势垒。

由于所述激光选择的波长范围为300nm～400nm，使得所述激光集中照射在所述碳化硅/二氧化硅衬底中的碳化硅的近表面，促使氢元素的带电状态的转化位置集于所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处。

在其他实施例中，所述激光的波长可调，更容易使氢原子的带电状态的转化位置集中在所述碳化硅/二氧化硅衬底的界面处，有利于界面缺陷钝化的发生。

在本发明实施例中，当所述碳化硅/二氧化硅衬底中的碳化硅为p型碳化硅时，使得所述氢元素的带电状态为H

当所述氢源为氢原子时，通过激光照射使得所述氢原子俘获或者丢失一个电子后，转化成H

由于H

在本发明实施例中，对获得的所述高质量的碳化硅/二氧化硅衬底利用C-V方法测量所述碳化硅/二氧化硅衬底缺陷态密度，本发明方法获得的缺陷密度为10

本发明实施例还提供一种碳化硅衬底，采用上述的一种碳化硅界面钝化方法制备。

最后说明，任何依靠本发明装置结构以及所述实施例的技术方案，进行的部分或者全部技术特征的修改或者等同替换，所得到的本质不脱离本发明的相应技术方案，都属于本发明装置结构以及所述实施方案的专利范围。