离子注入对4H-SiC MOS界面特性影响的研究

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SiC材料由于在高温、高频、尤其是在大功率和高辐射条件下仍有着非常优越的性能,因此被认为是很有潜力的第三代半导体材料;同时,SiC材料另一个优点是除了Si材料之外它是唯一能够通过热氧化生长SiO2的半导体。然而遗憾的是,由于SiC材料固有的特性和工艺的不成熟,以致于SiO2/SiC的界面质量远没有SiO2/Si的界面质量好,表现为界面态密度和氧化层陷阱密度过高。而这些因素是导致沟道迁移率低和1/f噪声高的主要原因。本文针对n型4H-SiC MOS电容SiO2/SiC界面态密度和氧化层陷阱密度过高的问题,采用注入N+/Al+离子,来实现界面处的除碳和氮化,达到降低界面态密度和氧化层陷阱密度的目的。基于现有工艺条件制作了三种不同工艺的样品,分别是:直接湿氧氧化和退火处理;先注入N+离子,再湿氧氧化和退火处理工艺;先同时注入N+/Al+离子,再湿氧氧化和退火处理工艺。本文通过对三种不同工艺制备的样品进行了C-V测试和I-V测试。利用高-低频C-V法计算了样品的界面态密度,结果降低到1011cm-2eV-1的量级,达到了预期的实验目的。实验结果表明氧化前注入N+离子对实现SiO2/SiC界面的除碳和氮化具有显著效果,较大程度上降低了界面态密度;同时由于湿氧中的水蒸气在氧化层中引入了很多负电荷,补偿了注入N+离子所带来的正电荷,得到较小的平带电压。实验结果还表明氧化前注入Al+离子会轻微的提高SiO2/SiC的界面态密度,但是会较好的降低氧化层陷阱密度。最后,本文通过对样品的I-V特性进行讨论,认为离子注入会引起氧化层致密性降低以及氧化层击穿特性的变差。
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