[發明專利]一種在碳化硅基片上快速生長氧化層的方法

有效

• 申請號: 201711203679.4
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107946180B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 何志
• 申請（專利權）人: 北京品捷電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/04
• 代理公司: 北京志霖律師事務所 11575
• 代理人: 張文祎

本發明公開一種在碳化硅基片上快速生長氧化層的方法，該方法包括如下步驟：S1：在SiC基片(1)上選取待生長氧化層的區域；S2：通過離子注入的方式對所述待生長氧化層的區域注入氧離子(2)，形成氧離子注入層(3)；S3：將形成所述氧離子注入層(3)后的SiC基片(1)進行高溫氧化處理，形成氧化層(4)，且所述氧化層(4)的氧化深度大于或等于所述氧離子注入層(3)的氧離子注入深度。本發明的方法可以將SiC的氧化速度有效提高一個數量級以上，并且可以通過改變氧離子注入條件實現對SiC氧化速度的人為調控，由此擺脫SiC不同晶面的氧化速度不同的制約，并改變和控制形成的氧化膜的性質。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域。更具體地，涉及一種在碳化硅基片上快速生長氧化層的方法。

背景技術

碳化硅(SiC)是一種寬禁帶半導體材料，具有高臨界擊穿電場強度、高飽和電子遷移率、高熱導率等優點，特別適合應用于大功率電力傳輸和換能技術領域。用SiC材料制備的電力電子器件可以承載高電壓、大電流，并且可以在高輻射、高溫等苛刻應用環境下穩定工作。SiC材料可以用于制備肖特基二極管、PIN管等整流器件，亦可以用于制備MOSFET、JFET、IGBT等開關器件。SiC材料在MEMS器件中也有廣泛應用。

在半導體器件制備過程中，氧化工藝是一種常用的制備工藝。氧化工藝可以用來生長柵極氧化層、犧牲氧化層電極之間的隔離層、以及用于注入或刻蝕等用途的掩蔽層。SiC材料是繼Si材料后另一種可以直接通過熱氧化生長SiO₂的半導體材料，SiC材料的這一特性給SiC器件的制備帶來了得天獨厚的優勢。

但是，SiC材料本身的化學性質非常穩定，SiC的氧化速度非常緩慢，并且需要很高的氧化溫度，這導致幾十納米厚度的氧化層的生長都很緩慢，需要的時間和溫度都要遠遠高于常見的Si的氧化，生成的氧化硅的質量和界面狀態都有問題，而用于隔離或屏蔽用途的更厚的氧化層的生長則非常困難。同時，作為SiC材料中最常用的一種異型體，4H-SiC是一種各向異性材料，其不同晶面的氧化速度差異較大，其中Si晶面的氧化速度最慢，C晶面的氧化速度最快，a晶面和m晶面的氧化速度略低于C晶面。鑒于Si晶面的外延技術較為成熟，現有技術的外延片主要是基于Si晶面的外延片，這導致制備高壓器件時氧化層的生長需要很長時間，并且器件不同部位的氧化速率不同將會對器件功能產生額外的不利影響，給器件結構以及工藝設計帶來新的挑戰。

為解決上述問題，現有技術的唯一方法是提高SiC的氧化溫度。SiC的氧化溫度提高使得SiC器件制備需要昂貴的儀器，產能極低，并且制備得到的氧化層、以及氧化層與碳化硅基片的界面在功能上也有諸多問題。如何提高在碳化硅基片上生長氧化層的氧化速度已經成為本領域技術人員亟待解決的技術難題。

因此，需要提供一種在碳化硅基片上快速生長氧化層的方法，以提高SiC的氧化速度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種在碳化硅基片上快速生長氧化層的方法，以提高SiC的氧化速度。

為解決上述技術問題，發明采用如下的技術方案：

本發明。一種在碳化硅基片上快速生長氧化層的方法，該方法包括如下步驟：

S1：在SiC基片上選取待生長氧化層的區域；

S2：通過離子注入的方式對所述待生長氧化層的區域注入氧離子，形成氧離子注入層；

S3：將形成所述氧離子注入層后的SiC基片進行高溫氧化處理，形成氧化層，且所述氧化層的氧化深度大于或等于所述氧離子注入層的氧離子注入深度。

作為技術方案的進一步改進，所述步驟S2中，注入的所述氧離子的能量為10keV至1000keV。