掃碼添加微信，獲取更多半導體相關資料
引言
高濃縮臭氧氣體已被用來使用通過鹵素加熱器局部加熱的石英爐對碳化硅單晶基底進行干氧化，當臭氧的‰低速度保持在5mcm-1或以上時，臭氧的強氧化能力使碳化硅在明顯低于氧氧化的溫度下快速氧化，臭氧氧化也導致MOS結構的器件摩擦化過程中界面態(tài)密度較低，這可能是因為臭氧氧化在減少碳相關缺陷方面是安全的。
與其他化合物半導體不同， 在SiC上與硅器件一樣，通過熱氧化可以形成氧化硅膜，因此具有比較容易制作MOS結構的優(yōu)點，目前只能得到SiC MOSFET的溝道遷移率極低的東西，最近也有通過氧化膜的氮化處理和熱解再氧化等改善界面狀態(tài)的報告。
為了解決上述問題，實現低損耗SiC功率MOSFET，各種處理前的氧化膜/SiC的初期界面良好，可以認為會對后期處理的效果產生影響，為此，認為使用臭氧等反應性高的氧化物質是有效的。即由于臭氧等的高氧化力，形成氧化膜，同時抑制與碳相關的界面缺陷的發(fā)生。
圖1是用于臭氧氧化的石英制氧化爐的概略圖。在市售的2個石英法蘭之間焊接用熔融石英制作的試料加熱部，形成氧化爐管。試料SiC基板放置在氧化爐中可拆卸的不透明石英基座上，通過鹵素燈加熱器進行輻射加熱，基板溫度雖然沒有直接測量，但在同樣的條件下，通過測量對SiC基板進行氧氧化（1氣壓）時的氧化速度進行了推定。
?
圖2
高濃度臭氧與高溫容器或配管的內壁接觸時，極容易分解成氧氣，發(fā)揮其強氧化力，因此， 為了抑制臭氧的分解，供給到氧化試料領域， 將放置SiC基板的不透明石英基座上的空間盡可能縮?。? mm×24 mm×30 mm），制作了石英爐（圖2）。臭氧的流量是根據蓄積的臭氧量和在實驗條件下將該臭氧氣化排氣所需的時間來求出的，在得到特性最好的氧化膜的條件下， 臭氧的流量約為150 sccm（以標準狀態(tài)cm3每分鐘表示的流量），爐內部的壓力約為960 Pa，因此臭氧的流速提高到5.2 m·s―1.在Fig.1的系統(tǒng)中，臭氧完全熱分解時下游的壓力上升率為11，因此臭氧的分解率可以根據下游的壓力上升率來估計。將4mm角試料加熱到根據SiC基板的氧氧化速度推定的1100°C 1,150°C時，在下游加熱前后，爐下游的壓力從810 Pa上升到850 Pa（上升率5），由此可以認為實現了在試料正上方也能確保50 vol.1以上的臭氧濃度的狀態(tài)
?
圖3
如圖3所示， 1氣壓氧氧化（1,200°C）下20nm/h以下的氧化膜成長速度， 960 Pa高濃度臭氧氧化（1,150°C）時增大到100 nm/h以上，處理時間大幅縮短，這種氧化速度的大幅增大，與硅氧化一樣，從臭氧中熱解離產生的氧原子成為氧化物質，氧化膜中的氧化物質的擴散以及界面上氧化的活化能大幅降低。但是，在12 mm角基板中，臭氧供給的上游側和下游側，如圖4所示，產生了最大53.7 nm和43.4 nm的膜厚差（約20），此時爐下游的壓力上升率接近上限11，可以認為臭氧幾乎完全熱分解。因此，為了在超過1,000°C的高溫氧化條件下，在12 mm角以上的試料上實現可靠性評價所需的膜厚分布10以內的氧化膜的生長，通過取得低頻測量和高頻測量的差分，進行Dit的計算，這是利用了一般界面能級在高頻測量中不跟隨這一點的方法，在一個柵極電壓中的高頻和低頻的CV特性中的容量的差分表示Dit 9。在本方法中，如果氧化膜有電流泄漏，則無法測量正確的蓄積容量，由于任何試料的氧化膜厚度都足夠大，在測量中使用的柵極電壓中，可以忽略電流泄漏對Dit的影響。在實驗的圖中(a)的CV特性中，高頻（實線）和低頻（虛線）的差值與(b)相比較小，這表示在高溫下制作的(a)比(b)Dit低。
在上述MOS電容器的制作中，柵極氧化膜的形成是在氧氣中進行的，這是在1氣壓，1,200°C下進行的（干氧化膜，厚度為50 nm）。由此可以看出，用高濃度臭氧制作的MOS電容器比用通常的熱氧化制作的MOS電容器顯示出更低的Dit。
從以上可以確認，通過高濃度的臭氧氧化，在約1,150°C下，以約100nm/h的氧化速度，可以形成界面能級密度降低的SiC MOS界面。使用能夠以大流速供給反應性氣體的石英爐，通過濃縮至約100的減壓臭氧進行SiC襯底的干氧化過程的結果，在約1,150°C的低溫下，實現了約100nm/h的高速氧化。另外，將氧化的試料制成MOS結構，進行電特性評價的結果，與1氣壓高溫氧氧化膜相比，確認了界面狀態(tài)的改善。這些結果，由于臭氧的高反應性，抑制與碳相關的界面缺陷的發(fā)生的可能性很高，但是為了闡明機理，需要膜中碳濃度的測量等更詳細的評價。