[發明專利]碳化硅器件中的Trench MOSFET的柵氧化加工方法

在審

• 申請號: 201610018524.2
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105513962A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 廖奇泊;胡建國;周雯
• 申請（專利權）人: 上海晶亮電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/324
• 分類號: H01L21/324;H01L21/336;H01L21/205;C23C16/44
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種碳化硅器件中的TrenchMOSFET的柵氧化加工方法，屬于半導體 技術領域。

背景技術

在功率元器件的發展中，主要半導體材料當然還是硅(Si)。在功率元器件領域中， 通過微細化可以改善器件性能，但遠不能達到更高的應用要求。在需要更高應用的性能 領域，僅采用微細加工是無法改善的。因此，就需要在半導體材料結構上下工夫。

碳化硅(SiC)材料是第三代寬禁帶半導體材料的代表，因其在高溫、高功率、高 輻射條件下的優異性能而成為“極端電子學”中最重要的研究對象之一，同時SiC材料 又是除了硅Si材料之外唯一能夠通過直接熱氧化生長氧化絕緣膜的半導體材料。目前， 功率器件的研究是SiC應用的主要研究方向，尤其功率MOSFET更是研究的熱點所在。 但是，在制作SiCMOS器件時，始終存在著熱氧化生長速率低、溝道遷移率低的問題， 這主要是由于SiC的晶格結構與高界面態密度引起的。因此如何提高柵氧化生長速率與 降低MOS器件的界面態密度成為SiCMOS器件研究中需要解決的首要問題。

SiC功率元器件是以碳和硅的化合物—“碳化硅”作為原材料制作而成，并且，SiC 可以被熱氧化，可以作為制作“金屬-氧化物-半導體結構”的合適材料。由于在體4H- 和3C-SiC中幾乎各向同性的電學特性及高電子霍爾遷移率，這二種材料很適合高功率 MOSFET應用。對于控制MOSFET器件閾值的柵氧化層，SiC上熱生長的SiO₂質量可 以與Si上的SiO₂層質量相當。然而，由于SiC固有的晶格結構以及SiC/SiO₂的界面電 荷比Si/SiO₂大約高二個數量級，尤其是“4H-SiC/SiO₂”界面處靠近導帶邊緣的高界面 態密度，若按Si熱生長SiO₂原理會使熱生長的SiO₂工藝速率低、SiO₂層的性能難以與 Si熱氧化媲美，進而使SiCMOSFET器件的溝道遷移率非常低，進而會降低器件的性能。

發明內容

針對固有的SIC熱生長工藝速率低、“SiC/SiO₂”界面態差特性缺陷，本發明 的目的是提供一種提高熱生長速率以及改善SiC熱氧化后的界面態的制造方法，即 碳化硅器件中的TrenchMOSFET的柵氧化制備方法，以使SiC/SiO₂界面態達到相當于 Si/SiO₂界面態密度，進而改善并提高(SiC)MOSFET器件應用性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種碳化硅器件中的TrenchMOSFET的柵氧化加工方法，其包括：

步驟1：在N型低摻雜外延碳化硅的表面進行退火；

步驟2：在所述的退火產物的表面植入含硅CVD膜的步驟；

步驟3：對含硅CVD膜進行熱處理，完成氧化過程。

作為優選方案，前述方法還包括：

定義SiC外延晶圓底材TrenchMOSFET的制程，并加工止于待“柵氧化”的 步驟；

在所述含硅CVD膜并進行過熱處理的表面植入多晶硅的步驟。

作為優選方案，步驟1具體包括如下操作：將待柵氧化的碳化硅器件在 850～1200℃的氧氣氛中退火30～60min后，再在850～1000℃的氫氣氛或氫氣-氮氣混 合氣氛中退火30～60min。

作為優選方案，步驟2具體包括如下操作：

將經過步驟1處理的碳化硅器件在0.5～1乇的真空度下，于500～900℃的硅烷 氣氛中處理30～50min。

作為優選方案，所述硅烷的體積分數為10～30％。

作為優選方案，步驟3具體包括如下操作：

將經過步驟2處理的碳化硅器件在900～1200℃的氫氣-氧氣混合氣氛中熱處理 120～180min。

作為優選方案，所述定義SiC外延晶圓底材TrenchMOSFET的制程，并加工 止于待“柵氧化”的步驟具體包括如下操作：

將碳化硅外延基片進行制程；

等待柵氧化。

作為優選方案，在所述含硅CVD膜并進行過熱處理的表面植入多晶硅的方法為低 壓力化學氣相沉積法。