摘要：该团队刚刚确定，其方法（包括SiC表面的等离子体氮化、SiO2的溅射沉积、沉积后的退火）将导带边缘附近的界面态密度降低了一个数量级以上，并大幅提高了对正栅极偏置应力的抗扰性。

通过等离子体氮化工艺形成的SiC和SiO2退火界面可减少界面态并提高对正栅极偏置应力的抗扰性

大阪大学的工程师们对形成SiC MOSFET关键界面的新方法的优势提出了新见解。

该团队刚刚确定，其方法（包括SiC表面的等离子体氮化、SiO2的溅射沉积、沉积后的退火）将导带边缘附近的界面态密度降低了一个数量级以上，并大幅提高了对正栅极偏置应力的抗扰性。

大阪大学团队表示，这些有价值的发现凸显了摒弃SiC MOSFET标准制造方法的优势，这种方法虽然在商业上取得了巨大成功，但存在导通电阻高和可靠性差的问题。该团队将这些弱点归咎于较高的界面态密度和界面附近的陷阱。

大阪大学的研究人员表示，用NO进行界面氮化被广泛用于降低界面态密度及减少钝化缺陷。然而，这种方法远非完美：界面态密度的降低是有限的，这可能是因为界面上的氮含量达到饱和；而且还存在可靠性问题，例如阈值电压会随着栅极偏置应力发生强烈漂移。

为了解决这些问题，大阪大学的工程师们正在开创一种方法，既能抑制氮掺入SiO2，又能最大限度地减少SiC的氧化。他们的三步工艺包括：对SiC表面进行等离子体氮化；溅射沉积SiO2；在CO2下进行沉积后退火。

研究团队表示，这种方法的一个优点是可以通过高密度等离子体直接氮化SiC，从而在SiC表面掺入高比例的氮原子。这种方法的其他优点包括：在纯氩气环境中溅射沉积SiO2，以最大限度地减少SiC的氧化；沉积后退火可降低SiO2电介质中的缺陷密度。

研究人员先前发现，他们的工艺将界面SiC一侧的氮原子掺入密度提高了三倍，将界面态密度降至1 x 1011 eV-1 cm-2。然而，他们尚未研究沉积后退火对器件特性的影响。

他们刚刚解决了这个问题，对所用的特定气体和沉积后退火采用的温度所起的作用进行了深入研究。在这项研究工作中，他们使用供体密度为1 x 1016 cm-3的n型SiC（0001）外延层制作了SiC金属-氧化物-半导体电容器。湿法清洗后，他们在350 °C下用1.4 x 103 Pa的高密度氮等离子体对SiC表面氮化30分钟，然后在纯氩气环境中溅射一层30 nm厚的SiO2薄膜。最后一步是在1050 °C至1250 °C的温度下，在CO2或氩气环境中进行30分钟的沉积后退火。

比较CO2环境中、不同温度下退火的电容-电压曲线，结果显示，在1050 ℃下进行退火可确保足够的电子积累。然而，由于界面陷阱的存在，这一技术会导致迟滞和拉伸。在经过1250 ℃退火的器件中，电容-电压图中没有发现这两个问题，这表明界面陷阱显著减少。

研究人员还观察到，随着退火温度的升高，电容-电压曲线出现了负偏移，这表明界面上存在正的固定电荷。

研究团队的其他研究还考虑了界面态的捕获电荷密度和能量分布。在CO2环境下退火时，随着退火温度的升高，捕获电荷密度急剧下降。在氩气环境下退火时，捕获电荷密度的降幅明显较小，因此研究团队得出结论，电荷密度的降低并非简单的退火效应，而是涉及CO2分子与界面陷阱的反应。

研究界面态密度的能量分布发现，在CO2环境下退火时，随着温度的升高，界面态密度会有所下降。换用氩气后，界面态密度没有充分降低，这表明该团队的工艺不仅具有等离子体氮化和最大限度减少氧化的优点，还可通过CO2沉积后退火进行缺陷钝化。

研究团队还进行了应力测试，在5-8 MV cm-1的场强下施加正应力偏置长达2000秒。这项研究表明，在CO2环境下提高退火温度可以增强器件的抗扰性。

参考文献

H. Fujimoto et al. Appl. Phys. Express 17 116503 (2024)

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来源：宽禁带联盟