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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(duì)碳化硅單晶基底進(jìn)行干氧化，當(dāng)臭氧的‰低速度保持在5mcm-1或以上時(shí)，臭氧的強(qiáng)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(dǎo)致MOS結(jié)構(gòu)的器件摩擦化過程中界面態(tài)密度較低，這可能是因?yàn)槌粞跹趸跍p少碳相關(guān)缺陷方面是安全的。
與其他化合物半導(dǎo)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(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，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(bào)告。
為了解決上述問題，實(shí)現(xiàn)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(rèn)為會(huì)對(duì)后期處理的效果產(chǎn)生影響，為此，認(rèn)為使用臭氧等反應(yīng)性高的氧化物質(zhì)是有效的。即由于臭氧等的高氧化力，形成氧化膜，同時(shí)抑制與碳相關(guān)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(gè)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?zé)艏訜崞鬟M(jìn)行輻射加熱，基板溫度雖然沒有直接測(cè)量，但在同樣的條件下，通過測(cè)量對(duì)SiC基板進(jìn)行氧氧化（1氣壓）時(shí)的氧化速度進(jìn)行了推定。
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圖2
高濃度臭氧與高溫容器或配管的內(nèi)壁接觸時(shí)，極容易分解成氧氣，發(fā)揮其強(qiáng)氧化力，因此， 為了抑制臭氧的分解，供給到氧化試料領(lǐng)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(jù)蓄積的臭氧量和在實(shí)驗(yàn)條件下將該臭氧氣化排氣所需的時(shí)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)cm3每分鐘表示的流量），爐內(nèi)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(shí)下游的壓力上升率為11，因此臭氧的分解率可以根據(jù)下游的壓力上升率來估計(jì)。將4mm角試料加熱到根據(jù)SiC基板的氧氧化速度推定的1100°C 1,150°C時(shí)，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(rèn)為實(shí)現(xiàn)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)
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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(zhǎng)速度， 960 Pa高濃度臭氧氧化（1,150°C）時(shí)增大到100 nm/h以上，處理時(shí)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(chǎn)生的氧原子成為氧化物質(zhì)，氧化膜中的氧化物質(zhì)的擴(kuò)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(cè)和下游側(cè)，如圖4所示，產(chǎn)生了最大53.7 nm和43.4 nm的膜厚差（約20），此時(shí)爐下游的壓力上升率接近上限11，可以認(rèn)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(shí)現(xiàn)可靠性評(píng)價(jià)所需的膜厚分布10以內(nèi)的氧化膜的生長(zhǎng)，通過取得低頻測(cè)量和高頻測(cè)量的差分，進(jìn)行Dit的計(jì)算，這是利用了一般界面能級(jí)在高頻測(cè)量中不跟隨這一點(diǎn)的方法，在一個(gè)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(cè)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(cè)量中使用的柵極電壓中，可以忽略電流泄漏對(duì)Dit的影響。在實(shí)驗(yàn)的圖中(a)的CV特性中，高頻（實(shí)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(jìn)行的，這是在1氣壓，1,200°C下進(jìn)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(rèn)，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(jí)密度降低的SiC MOS界面。使用能夠以大流速供給反應(yīng)性氣體的石英爐，通過濃縮至約100的減壓臭氧進(jìn)行SiC襯底的干氧化過程的結(jié)果，在約1,150°C的低溫下，實(shí)現(xiàn)了約100nm/h的高速氧化。另外，將氧化的試料制成MOS結(jié)構(gòu)，進(jìn)行電特性評(píng)價(jià)的結(jié)果，與1氣壓高溫氧氧化膜相比，確認(rèn)了界面狀態(tài)的改善。這些結(jié)果，由于臭氧的高反應(yīng)性，抑制與碳相關(guān)的界面缺陷的發(fā)生的可能性很高，但是為了闡明機(jī)理，需要膜中碳濃度的測(cè)量等更詳細(xì)的評(píng)價(jià)。