Mos电容以及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，特别涉及一种MOS电容。本发明还涉及这种MOS电容的制造方法。
【背景技术】
[0002]SiC材料作为第三代半导体材料的代表，具有许多优越的性能，如带隙宽、高热导率、高击穿场强、高饱和速度。这使得SiC适合制作高温大功率、高温高频以及抗辐射器件。SiC材料的一个显著的优点就是可以通过热氧化方法在其表面直接生成S1Jl，这意味着SiC材料是制作大功率金属-氧化层半导体场效应晶体管(S卩，M0SFET)以及绝缘栅双极型晶体管等Si02/SiC金属氧化物半导体器件的理想材料。
[0003]但是，通过热氧化方法在SiC表面直接生成S12层后，在SiC层的与S12层相接触的表面上会由于氧化而产生大量的悬挂键、碳团簇和氧空位等缺陷，并且由于氧原子的扩散速率的不一致而导致该表面为粗糙的形状(如图1所示)。对于SiC MOS器件而言，反型沟道形成在SiC的与S12相接触的表面区域，而在该表面区域的这些缺陷和粗糙的形状会造成载流子迀移极低，造成器件性能的严重降低。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提出了一种制造MOS电容的方法。根据本方法制造的MOS电容，反型沟道载流子迀移较高，MOS电容的性能较好。
[0005]根据本发明的第一方面，提出了一种制造MOS电容的方法，该方法包括步骤一:在基板上设置SiC外延层；步骤二:在SiC外延层上设置氧隔离层；步骤三:在氧隔离层上设置硅层；步骤四:将硅层氧化成S1Jl。
[0006]根据本发明的方法，在将硅层氧化成5102层的过程中，氧隔离层可以几乎完全避免氧原子扩散到SiC外延层内。这样，在SiC外延层与氧隔离层接触的区域就没有悬挂键、碳团簇和氧空位等缺陷以及粗糙的表面，而是保持光滑的表面。由此，在使用由这种方法制备的MOS电容时，形成在SiC外延层与氧隔离层接触的区域的反型沟道载流子迀移率会较高，并且MOS电容的电性能也因此较好。另外，S12层通过氧化设置在氧隔离层上的硅层而得到。由于氧隔离层可以几乎完全避免氧原子扩散到SiC外延层内，因此可以充分地对硅层进行氧化而不必担心SiC外延层受到不利影响，从而可以将硅层完全氧化成S1Jl，并由此提高栅介质层的品质。
[0007]在一个实施例中，氧隔离层为氮氧化硅层。氮氧化硅层具有良好的耐原子氧特性，因此在氧化过程中可以几乎完全避免氧原子扩散到SiC外延层内，由此避免SiC外延层形成粗糙的表面，以及SiC外延层表面上的碳团簇和氧空位。此外，氮氧化硅层内的氮原子可以与SiC表面上未成键的硅原子和碳原子形成Si =N和C = N键，由此减少了 SiC外延层表面上的悬挂键，这有助于进一步提高了 MOS电容的反型沟道载流子的迀移率，此外所形成的Si = N和C = N键还提高了氮氧化硅层与SiC外延层的结合强度。还应注意地是，在氮氧化硅中，氮原子存在于S12内的晶体缺陷处而对S12整体的晶体结构影响较小，因此氮氧化硅层与S12层之间的界面的错配度较低，从而提高了氮氧化硅层与S12层的结合牢固程度。
[0008]在一个优选的实施例中，氮氧化硅层的厚度为l-10nm。发明人发现，这种厚度的氧隔离层内的缺陷浓度最低，在将硅层氧化成S12层时，其完全能够避免氧原子扩散到SiC外延层中。由此，在提高栅介质层的绝缘性的同时不必大幅增加栅介质层的厚度，从而也有助于减小MOS电容的整体厚度。
[0009]在一个实施例中，氮氧化硅层以化学气相沉积的方式形成。由此，在制备氮氧化硅时，可以根据实际情况调节化学气相沉积的气氛组成从而可实现氮氧化硅层与SiC外延层和娃层的牢固结合。
[0010]在一个优选的实施例中，在步骤三中，硅层在氮氧化硅层上外延生长而成。这样可以进一步提高氮氧化硅层与硅层的结合牢固程度。
[0011 ] 在一个实施例中，在步骤四之后，还在3102层上方设置第一电极，基板包括第二电极和设置在第二电极上方的衬底，SiC外延层设置在衬底上。
[0012]在一个优选的实施例中，衬底为SiC衬底。SiC衬底与SiC外延层的晶体结构几乎为相同，使得SiC衬底与SiC外延层之间的界面的错配度也非常低，有助于SiC衬底与SiC外延层之间的牢固结合。
[0013]根据本发明的第二方面，提出了一种MOS电容，其由上文所述的方法制备而成，该MOS电容包括:基板，设置在基板上的SiC外延层，和设置在SiC外延层上的栅介质层，栅介质层包括设置在SiC外延层上方的氧隔离层和设置在氧隔离层上的S1ji，在使用MOS电容时，SiC外延层的与氧隔离层接触的区域形成反型沟道。
[0014]根据本发明的MOS电容，由于SiC外延层与氧隔离层接触的区域没有悬挂键、碳团簇和氧空位等缺陷并且具有光滑的表面，因此在使用MOS电容时，反型沟道载流子迀移率会较高，并且MOS电容的电性能也因此较好。
[0015]在一个实施例中，氧隔离层为氮氧化硅层。
[0016]在一个实施例中，在S12层的上方设置有第一电极，基板包括第二电极和设置在第二电极上方的SiC衬底，SiC外延层设置在SiC衬底上。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:(I)SiC外延层与硅层通过氮氧化硅层间隔开。在将硅层氧化成S12层时，没有氧原子扩散到SiC外延层内，这样在SiC外延层与氮氧化硅层接触的区域就没有悬挂键、碳团簇和氧空位等缺陷以及粗糙的表面。由此，在使用MOS电容时，形成在SiC外延层与氧隔离层接触的区域的反型沟道载流子迀移率会较高，并且MOS电容的性能也因此较好。(2)氮氧化硅不但可阻止氧原子扩散到SiC外延层内，而且能与SiC外延层和S12层牢固结合。
【附图说明】
[0018]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0019]图1示意性地显示了现有技术中的SiC MOS器件中SiC层与S12层的界面。
[0020]图2示意性地显示了根据本发明的MOS电容的结构。
[0021]图3示意性地显示了实施根据本发明的方法流程图。
[0022]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0024]图1示意性地显示了现有技术中的SiC MOS电容中SiC外延层I与S1jl 2的界面。在现有技术中，通常直接对SiC外延层I热氧化而形成S1Ji 2，但是会在S1 2/SiC的界面处形成氧化过渡层3和SiC外延层I的粗糙表面4。氧化过渡层3是由于热氧化过程中氧原子自由扩散的浓度差引起的。距离SiC外延层I表面越远的位置，由于氧的不足使SiC外延层I发生不完全氧化而产生了氧化过渡层3。在氧化过渡层3内存在有大量碳团簇和氧空位，这是Si02/SiC界面陷阱电荷的主要来源。另外，由氧原子扩散速率的不一致形成了 SiC外延层I的粗糙表面。反型沟道载流子在该粗糙表面处会受到很大的库仑散射以及表