.1284 北京科技大学学报 第30卷 参数，其中tox为氧化膜厚度，△V为相对于理想情 影响SiO2/SiC界面态密度的主要因素是界面 况的平带电压变化，Qm为氧化层中的有效电荷密 与氧化层中的残存碳以及氧化物本身的缺陷在SC 度.从中可以看出，经过低温湿氧二次氧化处理后， 禁带中的分布.这使得采取常规氧化工艺的D0样 氧化膜更厚，同时平带电压和氧化层的等效电荷密 品有着较高的界面态密度町，而成为未来直接影响 度也有所增加，在图3所示的CV曲线对比中也能 MOSFET器件迁移率等重要参数的因素，通过低 够十分清晰地看出这些效果，图中Cx为氧化层电 温湿氧二次氧化处理的DOWR样品则表现出了低 容，Vg为栅压，产生这种结果主要是因为二次氧化 于D0样品的，较为理想的界面态密度分布，产生 的温度虽然比较低，但氧气和水蒸气还是会与SC 这种性能提升的主要原因是在低温湿氧二次氧化过 衬底发生一定的氧化反应而使氧化膜的厚度增加； 程中，衬底SC的氧化不是主流，主要的反应发生在 同时水蒸气的存在，也是氧化层中等效电荷增加的 界面处及氧化物中，更多的残存碳元素被氧化以气 主要原因 体氧化物的形式逸出，进而使MOS电容的界面性 表14 SiC MOS电容样品基本特性参数 能得到了提高.图5的XPS谱线对比所示，其中EB Table 1 Basic characteristic parameters of 4H-SiC MOS capacitor sam- 表示结合能，样品D0在界面处纯Si02的Si4+谱峰 ples 并不明显，说明存在大量的不饱和$ⅰ键，说明界面 样品编号 tos/nm △VN Qa/(Ccm2) 有以SixC,0形式的残留碳的存在；而在样品 DO 25.6 0.99 8.36×1011 DOWR中，SiO2能谱清晰，可见界面处的不饱和Si DOWR 32 1.28 8.63×1011 键有了明显的减少，即经过了低温湿氧二次氧化退 火之后SiC,0中的残留碳被进一步氧化而脱离 1.04 界面 --DO 0.8- -DOWR -DO 种 ···理想电容 ··*··Si03 0.6 .-.SiC 0.4 02 -4 -2 0 2 46 DOWR 册电压V ..Si0 -.-SiC 图3基于不同工艺的4 SiC MOS电容CV特性对比 Fig.3 Comparison of C-V curves between 4H-SiC MOS capacitors fabricated by different processes 98 00 102 104 106 108 Ev/eV 2.3Si02/SiC界面分析 图5样品D0与D0 WR SiOz/SiC界面处的Si2pXPS谱线对比 使用Terman法[8]对CV曲线进行分析，得到 Fig.5 Comparison of XPS spectra of Si 2p on SiO2/SiC interface 界面态密度在禁带中各能级（相对于导带底，即 for samples DO and DOWR Ec一E)的分布情况，如图4. 2.4表面改性工艺对于MOS器件性能的影响 ■-DO -O-DOWR 由于SiC表面存在着极性键，使用标准RCA流 程处理时很容易吸附溶液中的0H、Fˉ等杂质粒 子，而且经湿法处理的SiC表面平整度低、容易被氧 化，不利于形成高性能的器件0，利用低能离子 1012 00-0-00-0-00 (<2V)和高电离度高浓度高活化高纯氢等离子体 0.20.40.6081.01.21.4 对表面进行处理则可以在一定程度上除去C或 (E-EeV OH厂等杂质离. 图4不同工艺下的4 Sic Si02/SiC界面态密度分布 图6和图7为经过等离子表面处理的样品 Fig.4 Interface state density distribution of 4H-SiC SiO2/SiC sys- PDOWR与采用相同氧化工艺的样品DOWR在 tems fabricated by different processes CV特性及界面态密度分布上的对比情况，其中参数‚其中 tox为氧化膜厚度‚ΔV fb为相对于理想情 况的平带电压变化‚Qeff 为氧化层中的有效电荷密 度．从中可以看出‚经过低温湿氧二次氧化处理后‚ 氧化膜更厚‚同时平带电压和氧化层的等效电荷密 度也有所增加‚在图3所示的 C－V 曲线对比中也能 够十分清晰地看出这些效果‚图中 Cox为氧化层电 容‚V g 为栅压．产生这种结果主要是因为二次氧化 的温度虽然比较低‚但氧气和水蒸气还是会与 SiC 衬底发生一定的氧化反应而使氧化膜的厚度增加； 同时水蒸气的存在‚也是氧化层中等效电荷增加的 主要原因． 表1 4H－SiC MOS 电容样品基本特性参数 Table1 Basic characteristic parameters of4H-SiC MOS capacitor sam￾ples 样品编号 tox／nm ΔV fb／V Qeff／（C·cm －2） DO 25∙6 0∙99 8∙36×1011 DOWR 32 1∙28 8∙63×1011 图3 基于不同工艺的4H－SiC MOS 电容 C－V 特性对比 Fig．3 Comparison of C-V curves between4H-SiC MOS capacitors fabricated by different processes 2∙3 SiO2／SiC 界面分析 图4 不同工艺下的4H－SiC SiO2／SiC 界面态密度分布 Fig．4 Interface state density distribution of 4H-SiC SiO2／SiC sys￾tems fabricated by different processes 使用 Terman 法［8］对 C－V 曲线进行分析‚得到 界面态密度在禁带中各能级（相对于导带底‚即 EC－ E）的分布情况‚如图4． 影响 SiO2／SiC 界面态密度的主要因素是界面 与氧化层中的残存碳以及氧化物本身的缺陷在 SiC 禁带中的分布．这使得采取常规氧化工艺的 DO 样 品有着较高的界面态密度［9］‚而成为未来直接影响 MOSFET 器件迁移率等重要参数的因素．通过低 温湿氧二次氧化处理的 DOWR 样品则表现出了低 于 DO 样品的‚较为理想的界面态密度分布．产生 这种性能提升的主要原因是在低温湿氧二次氧化过 程中‚衬底 SiC 的氧化不是主流‚主要的反应发生在 界面处及氧化物中‚更多的残存碳元素被氧化以气 体氧化物的形式逸出‚进而使 MOS 电容的界面性 能得到了提高．图5的 XPS 谱线对比所示‚其中 EB 表示结合能．样品 DO 在界面处纯 SiO2 的 Si 4＋谱峰 并不明显‚说明存在大量的不饱和 Si 键‚说明界面 有以 Si xCyO 形 式 的 残 留 碳 的 存 在；而 在 样 品 DOWR 中‚SiO2 能谱清晰‚可见界面处的不饱和 Si 键有了明显的减少‚即经过了低温湿氧二次氧化退 火之后 Si xCyO 中的残留碳被进一步氧化而脱离 界面． 图5 样品 DO 与 DOWR SiO2／SiC 界面处的 Si2p XPS 谱线对比 Fig．5 Comparison of XPS spectra of Si 2p on SiO2／SiC interface for samples DO and DOWR 2∙4 表面改性工艺对于 MOS 器件性能的影响 由于 SiC 表面存在着极性键‚使用标准 RCA 流 程处理时很容易吸附溶液中的 OH －、F － 等杂质粒 子‚而且经湿法处理的 SiC 表面平整度低、容易被氧 化‚不利于形成高性能的器件［10］．利用低能离子 （＜2eV）和高电离度高浓度高活化高纯氢等离子体 对表面进行处理则可以在一定程度上除去 C 或 OH －等杂质离． 图6和图7为经过等离子表面处理的样品 PDOWR 与采用相同氧化工艺的样品 DOWR 在 C－V特性及界面态密度分布上的对比情况‚其中 ·1284· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷