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率高等優(yōu)異的物理性質而被稱為第三代半導體材料，有望被廣泛應用于高溫、高頻及大功率器件領域。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材料的特殊結構使其氧化后會產(chǎn)生較多缺陷結構，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今SiC MOSFET器件領域研究的關鍵問題。
　　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