崔嚴(yán)勻，袁敏杰，王訓(xùn)輝

（無(wú)錫華潤(rùn)上華科技有限公司， 無(wú)錫214061）

1 引 言

電力電子技術(shù)作為本世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，目前已經(jīng)應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，同時(shí)開啟了自身高頻化、集成化和智能化的時(shí)代[1-2]。在用新型半導(dǎo)體材料制成的功率器件中，目前發(fā)展前景最好的是碳化硅功率器件。碳化硅具有寬帶隙、高本征溫度、高熱導(dǎo)、高絕緣強(qiáng)度（比硅高一個(gè)數(shù)量級(jí)）等優(yōu)點(diǎn)[3-4]，因此作為一種優(yōu)越的材料被應(yīng)用在航空航天、雷達(dá)與通信領(lǐng)域，特別是在高溫、強(qiáng)酸強(qiáng)堿和輻射等極端環(huán)境下，碳化硅器件也越來(lái)越發(fā)揮著重要作用[5-6]。

2 SiC 肖特基器件氧化技術(shù)理論

隨著SiC 材料制備的提純結(jié)晶方面的問(wèn)題的解決和器件加工工藝的發(fā)展，特別是高溫加工技術(shù)的突破，使其應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬，甚至進(jìn)入實(shí)用化。在不遠(yuǎn)的未來(lái)時(shí)期，新型SiC 功率器件將大有可為[7-8]。因?yàn)樵赟iC 的加工過(guò)程中，氧化速率與其表面晶向、襯底摻雜濃度有關(guān)，加之SiC 中C 的存在，使得SiC材料的氧化速率相對(duì)比較慢。另外，氧化后的界面狀態(tài)直接關(guān)系到器件的好壞，想要獲得良好的SiC/SiO2界面電學(xué)質(zhì)量，還需要研究出一套合理的工藝條件，包括對(duì)襯底晶向和類型、氧化溫度和氣氛、襯底摻雜類型和濃度及氧化后退火條件等的綜合考量。對(duì)此，可進(jìn)行大量不同條件的氧化實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果仔細(xì)分析，對(duì)比氧化速率和界面質(zhì)量上存在的差異制定相應(yīng)工藝，比如采用濕氧氧化提高氧化速率，采用干氧氧化獲得致密氧化層，采用干-濕-干氧化在保證氧化速率的同時(shí)也保證界面處氧化層的均勻性及致密性。

3 氧化實(shí)驗(yàn)分析

具體實(shí)驗(yàn)方案為：將樣片分為兩個(gè)批次，氧化溫度皆設(shè)為1050℃；退火氣氛為N2，退火溫度設(shè)為1200℃，退火時(shí)間為30min；兩批實(shí)驗(yàn)都取一塊N 型襯底片進(jìn)行外延生長(zhǎng)，形成厚度為15μm、摻雜濃度為1×1015cm-3的N 型外延層。

先把第一批次外延片劃割成2 片，編號(hào)為1號(hào)、2 號(hào)。1 號(hào)樣片采用干氧3h 的氧化方式；2 號(hào)樣片采用濕氧2h+干氧1h 的氧化方式。然后把第二批次外延片也同樣劃割成2 片，編號(hào)為3 號(hào)、4 號(hào)。3號(hào)樣片采用濕氧3h 的氧化方式；4 號(hào)樣片采用干氧1h+濕氧2h+干氧1h 的氧化方式。

如此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。樣片出爐后，對(duì)不同批次樣品分別進(jìn)行高頻C-V 測(cè)試，并計(jì)算出界面態(tài)密度的具體結(jié)果。實(shí)驗(yàn)得到的各數(shù)值曲線如圖1、圖2 所示。

圖1 高頻C-V 測(cè)試結(jié)果曲線圖

圖2 界面態(tài)密度分布圖

4 結(jié)論分析

對(duì)上述線線進(jìn)行觀察分析：第二批次比第一批次的界面態(tài)密度好，這應(yīng)該是由某些人為因素以及難以控制的環(huán)境因素影響所引起的；純干氧氧化的界面態(tài)比先濕氧再干氧的界面態(tài)密度高，原因是濕氧引入了水汽，從而改善了界面態(tài)。通過(guò)與同樣用了濕氧氧化的實(shí)驗(yàn)組對(duì)比來(lái)看，純濕氧氧化的界面態(tài)密度稍低于干-濕-干氧化，據(jù)推測(cè)，是干-濕-干氧化后面的干氧氧化階段使得界面態(tài)密度略大。通過(guò)比較1 號(hào)和2 號(hào)樣片，可以看出濕氧2h+干氧1h 的方案比純粹干氧3h 的氧化速度更快，從中可得出結(jié)論：濕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層；而干-濕-干氧化可在保證氧化速率的同時(shí)也保證界面處氧化層的均勻性及致密性。

5 結(jié) 束 語(yǔ)

半導(dǎo)體器件的品質(zhì)優(yōu)劣很大程度上取決于氧化退火工藝效果，因此氧化退火技術(shù)是半導(dǎo)體加工中的一步重要工藝，對(duì)于新興高潛力材料碳化硅的加工也是如此。在碳化硅器件制造過(guò)程中，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵工藝條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，觀察氧化層的生長(zhǎng)效果，可以通過(guò)對(duì)比得出最合宜的工藝方案。實(shí)驗(yàn)的設(shè)置方式和得出的結(jié)論結(jié)果對(duì)碳化硅肖特基二極管器件的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)和加工制備技術(shù)的優(yōu)化息息相關(guān)。此類研究為進(jìn)一步開發(fā)碳化硅材料氧化退火工藝、爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化打下良好基礎(chǔ)，尤其對(duì)碳化硅肖特基二極管的加工制備技術(shù)有較為現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值。