[發明專利]一種在碳化硅材料上制造柵氧化層的方法

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• 申請號: 201911006234.6
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110783173A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 費晨曦;何志強;柏松;黃潤華;劉昊;王謙
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/04
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 孫淑君

本發明涉及一種在碳化硅材料上制造柵氧化層的方法，包括以下步驟：(1)在第一溫度下，氧氣氣氛中，在碳化硅襯底表面形成氧化層；(2)在第二溫度下，氬氣氣氛中，將步驟(1)中形成氧化層的碳化硅襯底進行第一次高溫熱退火處理；(3)在第三溫度下，在濕氧氣氣氛中，將步驟(2)中形成氧化層的碳化硅襯底進行濕氧氣再氧化處理；(4)在第二溫度下，一氧化氮氣氛或者一氧化二氮氣氛中，將步驟(3)中形成氧化層的碳化硅襯底進行第二次高溫熱退火處理；(5)將溫度降低至執行卸載工藝所要求的溫度，將步驟(4)中形成氧化層的碳化硅襯底卸載。本發明提供的柵氧化層的制造方法，能夠有效降低界面態密度以及氧化層固定電荷數量，從而提高柵氧化層的性能。

技術領域

本發明涉及半導體器件制造領域，特別涉及一種在碳化硅材料上制造柵氧化層的方法。

背景技術

自從微電子技術發展以來，硅基半導體器件如二極管、場效應晶體管等占據著功率器件的主導地位。但是，隨著技術的不斷提升以及人們對器件性能需求的增大，硅基器件的性能已經逐漸逼近其材料論極限。碳化硅材料器件由于其在高溫、高頻率、高壓、大功率以及抗輻射等方面的巨大優勢使其脫穎而出。而作為主要產品的碳化硅基金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)也廣泛應用于航空航天、混合動力車輛、列車牽引設備、高壓直流輸電設備等重要領域。

盡管碳化硅MOSFET已經發展至今，但是其性能尤其是柵氧化層質量方面還有非常巨大的研究和提升空間。柵氧化層界面質量不好、界面態密度高、溝道遷移率低等因素嚴重影響著碳化硅MOSFET的電學性能及可靠性。這種因素不僅和處理柵氧化層的方式有關，也和生長柵氧化層的方法相關。

目前在碳化硅柵氧化層的制造方法中，通常先在氧氣環境中使用熱氧化的方法形成50-100納米厚度的氧化層，然后再進行高溫下退火以降低界面態密度和陷阱電荷的數量。然而這種常規的制造方法并不能使界面態陷阱電荷數量和氧化層電荷有效地降低。因為形成柵氧化層后，碳化硅和氧化硅界面處會有大量的不飽和懸掛鍵。而在后續進行的退火中由于氧化層厚度較厚不能夠使得退火的氣體到達界面從而不能和界面處的不飽和懸掛鍵反應。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了本發明提供了一種在碳化硅材料上制造柵氧化層的方法，該方法能夠有效降低界面態密度以及氧化層固定電荷數量，從而提高柵氧化層的性能。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種在碳化硅材料上制造柵氧化層的方法，包括以下步驟：

(1)在第一溫度下，氧氣氣氛中，在碳化硅襯底表面形成氧化層；

(2)在第二溫度下，氬氣氣氛中，將步驟(1)中形成氧化層的碳化硅襯底進行第一次高溫熱退火處理；

(3)在第三溫度下，在濕氧氣氣氛中，將步驟(2)中形成氧化層的碳化硅襯底進行濕氧氣再氧化處理；

(4)在第二溫度下，一氧化氮氣氛或者一氧化二氮氣氛中，將步驟(3)中形成氧化層的碳化硅襯底進行第二次高溫熱退火處理；

(5)降低溫度，將步驟(4)中形成氧化層的碳化硅襯底卸載。

本技術方案中，優選地，第一溫度、第二溫度、以及第三溫度分別為1100-1250℃、1100-1300℃和800-1000℃。

優選地，步驟(2)中的第一次高溫熱退火處理的處理時間為1-2小時，步驟(4)中的第二次高溫熱退火處理的處理時間為1-2小時。

優選地，步驟(3)中，濕氧氣再氧化處理的處理時間為1-3小時。

優選地，步驟(1)中，氧化層的厚度為35-40nm；