[發明專利]一種在碳化硅基片上生長氧化層的方法

在審

• 申請號: 201810593855.8
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108847384A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 何志
• 申請（專利權）人: 重慶偉特森電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京志霖律師事務所 11575
• 代理人: 張文祎

本發明公開了一種在碳化硅基片上生長氧化層的方法，包括如下步驟：S1：在碳化硅基片(1)的表面覆蓋一掩膜層(2)，然后對掩膜層(2)進行圖形化處理，使得碳化硅基片(1)表面的第一待氧化區域裸露，其第二待氧化區域被掩膜層(2)覆蓋；S2：向第一待氧化區域注入氧離子和氮離子(3)，在碳化硅基片(1)的表面形成一離子注入層(4)；S4：進行高溫熱氧化處理，在所述碳化硅基片(1)的表面形成一氧化層(5)，且離子注入層(4)的氧化層(5)厚度大于碳化硅基片(1)表面其余區域的氧化層(5)厚度。所述方法通過氧離子的注入使得碳化硅表面非晶化，提高了氧化速度，同時通過氮離子的注入降低了二氧化硅與碳化硅界面態密度，從而可以提高了二氧化硅與碳化硅界面質量。

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(含外延層)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，生成的氧化硅的界面狀態有問題，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。在有的情況下，技術人員可以選擇在碳化硅外延片上直接沉積介質層的方法來。但是，這種方法沉積的氧化膜質量不高，應用范圍很小。另外在刻蝕介質層后會形成結構尖角，從而引起電場聚集，導致器件漏電或擊穿，并不會像選擇區自然氧化層那樣形成平緩的過渡結構。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。

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。碳化硅氧化生長后，在二氧化硅與碳化硅的界面處存在大量的碳簇和硅-碳懸掛鍵。一方面，碳簇和硅-碳懸掛鍵能夠俘獲溝道電子，使其不能參與電流輸運，從而減小表面反型層的電荷密度；另一方面，在低場下，碳簇和硅-碳懸掛鍵俘獲的電子作為一個庫倫散射中心，能夠降低表面反型層的遷移率，從而極大地阻礙碳化硅功率器件的發展。

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，并且改善氧化層/碳化硅界面狀態。

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(含外延層)上快速生長氧化層的方法。

為解決上述技術問題，發明采用如下的技術方案：

一種在碳化硅基片上生長氧化層的方法，包括如下步驟：