碳化硅肖特基器件的氧化退火技术研究

崔严匀，袁敏杰，王训辉

（无锡华润上华科技有限公司， 无锡214061）

1 引 言

电力电子技术作为本世纪的关键技术，目前已经应用在国民经济的各个方面，同时开启了自身高频化、集成化和智能化的时代[1-2]。在用新型半导体材料制成的功率器件中，目前发展前景最好的是碳化硅功率器件。碳化硅具有宽带隙、高本征温度、高热导、高绝缘强度（比硅高一个数量级）等优点[3-4]，因此作为一种优越的材料被应用在航空航天、雷达与通信领域，特别是在高温、强酸强碱和辐射等极端环境下，碳化硅器件也越来越发挥着重要作用[5-6]。

2 SiC 肖特基器件氧化技术理论

随着SiC 材料制备的提纯结晶方面的问题的解决和器件加工工艺的发展，特别是高温加工技术的突破，使其应用领域日益拓宽，甚至进入实用化。在不远的未来时期，新型SiC 功率器件将大有可为[7-8]。因为在SiC 的加工过程中，氧化速率与其表面晶向、衬底掺杂浓度有关，加之SiC 中C 的存在，使得SiC材料的氧化速率相对比较慢。另外，氧化后的界面状态直接关系到器件的好坏，想要获得良好的SiC/SiO2界面电学质量，还需要研究出一套合理的工艺条件，包括对衬底晶向和类型、氧化温度和气氛、衬底掺杂类型和浓度及氧化后退火条件等的综合考量。对此，可进行大量不同条件的氧化实验，对实验结果仔细分析，对比氧化速率和界面质量上存在的差异制定相应工艺，比如采用湿氧氧化提高氧化速率，采用干氧氧化获得致密氧化层，采用干-湿-干氧化在保证氧化速率的同时也保证界面处氧化层的均匀性及致密性。

3 氧化实验分析

具体实验方案为：将样片分为两个批次，氧化温度皆设为1050℃；退火气氛为N2，退火温度设为1200℃，退火时间为30min；两批实验都取一块N 型衬底片进行外延生长，形成厚度为15μm、掺杂浓度为1×1015cm-3的N 型外延层。

先把第一批次外延片划割成2 片，编号为1号、2 号。1 号样片采用干氧3h 的氧化方式；2 号样片采用湿氧2h+干氧1h 的氧化方式。然后把第二批次外延片也同样划割成2 片，编号为3 号、4 号。3号样片采用湿氧3h 的氧化方式；4 号样片采用干氧1h+湿氧2h+干氧1h 的氧化方式。

如此进行实验。样片出炉后，对不同批次样品分别进行高频C-V 测试，并计算出界面态密度的具体结果。实验得到的各数值曲线如图1、图2 所示。

图1 高频C-V 测试结果曲线图

图2 界面态密度分布图

4 结论分析

对上述线线进行观察分析：第二批次比第一批次的界面态密度好，这应该是由某些人为因素以及难以控制的环境因素影响所引起的；纯干氧氧化的界面态比先湿氧再干氧的界面态密度高，原因是湿氧引入了水汽，从而改善了界面态。通过与同样用了湿氧氧化的实验组对比来看，纯湿氧氧化的界面态密度稍低于干-湿-干氧化，据推测，是干-湿-干氧化后面的干氧氧化阶段使得界面态密度略大。通过比较1 号和2 号样片，可以看出湿氧2h+干氧1h 的方案比纯粹干氧3h 的氧化速度更快，从中可得出结论：湿氧氧化比干氧氧化快，更加有利于厚氧的形成；干氧氧化可得到致密的氧化层；而干-湿-干氧化可在保证氧化速率的同时也保证界面处氧化层的均匀性及致密性。

5 结 束 语

半导体器件的品质优劣很大程度上取决于氧化退火工艺效果，因此氧化退火技术是半导体加工中的一步重要工艺，对于新兴高潜力材料碳化硅的加工也是如此。在碳化硅器件制造过程中，通过对关键工艺条件进行调节，观察氧化层的生长效果，可以通过对比得出最合宜的工艺方案。实验的设置方式和得出的结论结果对碳化硅肖特基二极管器件的工艺设计技术和加工制备技术的优化息息相关。此类研究为进一步开发碳化硅材料氧化退火工艺、争取早日实现产业化打下良好基础，尤其对碳化硅肖特基二极管的加工制备技术有较为现实的参考价值。