氮鈍化SiC MOS界面特性的Gray-Brown法研究.pdf

1、第三代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)由于具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導(dǎo)率以及高載流子飽和漂移速度等優(yōu)異特性，而廣泛應(yīng)用于高溫、大功率、高頻、抗輻射等領(lǐng)域。同時(shí)，SiC是唯一一種能通過熱氧化形成本征氧化物的寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料，使得基于SiC MOS的器件更容易在成熟的硅工藝上制作實(shí)現(xiàn)。然而，實(shí)際制作的4H-SiCMOSFETs的溝道載流子遷移率非常低，嚴(yán)重影響了器件性能。其原因主要是SiO2/SiC界面態(tài)密度過高，尤其是導(dǎo)帶附近的高界

2、面態(tài)密度。因此鈍化界面缺陷，降低SiO2/SiC界面態(tài)密度，特別是SiC導(dǎo)帶附近的界面態(tài)密度已成為SiC MOS器件研究的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　本文采用電子回旋共振(ECR)氮等離子體對(duì)SiO2/SiC界面進(jìn)行鈍化，并制作成MOS電容結(jié)構(gòu)。通過I-V測試研究了柵氧化膜的擊穿特性，測得柵氧化膜的擊穿場強(qiáng)為9.92MV/cm，根據(jù)F-N電流隧穿模型，通過分析J-E曲線獲得SiO2與SiC之間勢壘高度(φ)b為2.69eV，接近理論值2.

3、72eV，這表明經(jīng)過氮等離子體處理的氧化膜保持了良好的耐擊穿特性。Gray-Brown法被用來提取室溫Hi-Lo C-V法無法提取的距導(dǎo)帶底EC0.2eV以內(nèi)的界面態(tài)分布情況。采用Gray-Brown法研究分析了MOS電容80-300K的低溫高頻C-V曲線，從而更加精確地獲得距EC～0.05-0.2eV范圍內(nèi)的界面態(tài)分布情況，結(jié)合室溫Hi-Lo C-V法，進(jìn)而獲得了在EC～0.05-0.6eV整個(gè)范圍內(nèi)的界面態(tài)分布情況。系列實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)

4、果表明，SiO2/SiC界面氮等離子體處理10min的鈍化效果最好，界面態(tài)密度顯著降低。距EC～0.05eV處的界面態(tài)密度由未處理的5.53×1013cm-2eV-1降低為處理后的2.91×1013cm-2eV-1。在0.2eV處，由Hi-Lo C-V法計(jì)算得到的界面態(tài)密度降低至1.33×1012cm-2eV-1。
　　上述結(jié)果表明，SiO2/SiC界面經(jīng)過氮等離子處理可以保持氧化膜良好的擊穿特性，并且有效地降低距EC～0.05-