[发明专利]基于两步微波等离子体氧化的碳化硅氧化方法

说明书

一种基于两步微波等离子体氧化的碳化硅氧化方法，包括：提供碳化硅衬底；将所述碳化硅衬底放置在微波等离子体发生装置中；通入第一含氧气体，产生的氧等离子体以第一升温速度升温到第一温度，在所述第一温度和第一压力下进行低温等离子体氧化；将氧等离子体以第二升温速度升温到第二温度，通入第二含氧气体，在所述第二温度和第二压力下进行高温等离子体氧化，直到生成预定厚度的二氧化硅；停止通入含氧气体，反应结束；其中，第一温度为300‑400℃，第二温度为700‑900℃，所述第一压力为100‑200mTorr，所述第二压力为700‑900mTorr，所述第一升温速度大于所述第二升温速度。本发明可以显著提高碳化硅的氧化效率，有效改善界面质量。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于两步微波等离子体氧化的碳化硅氧化方法。

背景技术

碳化硅(SiC)是第三代半导体-宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、临界击穿场强高、热导率高等优点，是制作高压、大功率半导体器件的理想材料，SiC电力电子器件是下一代高效电力电子器件技术的核心。SiC MOSFETs相比于Si MOSFETs导通电阻更小、开关电压更高、应用频率更高、温度性能更好，特别适用于功率开关应用。SiC MOSFET器件的集成制造工艺，特别是栅介质工艺，是当前研究的热点。

SiC是唯一能够热生长SiO₂的化合物半导体，这就使得SiC可以实现所有Si MOS的器件结构。SiC的热氧化需要比Si更高的氧化温度，氧化温度高达1300℃。目前主流的SiC氧化工艺主要是采用电阻加热方式的氧化炉，主要原理是基于碳化硅与氧气分子的反应，但是这种与氧气分子氧化的方法，容易造成界面处残留碳簇、Si-O-C键、C的悬挂键和氧空位等缺陷，界面质量退化，导致迁移率降低，如图1所示。特别是在在这么高的温度下，界面除了氧化外，还会造成界面损伤，降低氧化效率。

因此，如何获取高效、低损的SiC表面氧化的工艺方法是关键。近些年，研究人员提出一种在低温下利用等离子体氧化SiC的方法，在一定程度上改善了界面质量。然而该方法的氧化效率较低，尤其是在需要获得较厚的SiO₂层的情况下，氧化时间较长，SiC和SiO₂的界面处，SiC和SiO₂仍会处于一种热力学平衡态，导致界面质量并不理想。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于两步微波等离子体氧化的碳化硅氧化方法，用于降低界面态密度和界面损伤，提高半导体结构的性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于两步微波等离子体氧化的碳化硅氧化方法，包括：

提供碳化硅衬底；

将所述碳化硅衬底放置在微波等离子体发生装置中；

通入第一含氧气体，产生的氧等离子体以第一升温速度升温到第一温度，在所述第一温度和第一压力下进行低温等离子体氧化；

将氧等离子体以第二升温速度升温到第二温度，通入第二含氧气体，在所述第二温度和第二压力下进行高温等离子体氧化，直到生成预定厚度的二氧化硅；

停止通入含氧气体，反应结束；

其中，第一温度为300-400℃，第二温度为700-900℃，所述第一压力为100-200mTorr，所述第二压力为700-900mTorr，所述第一升温速度大于所述第二升温速度。

优选地，所述第一升温速度为1-1.5℃/s，所述第二升温速度为0.5-1℃/s。

优选地，所述微波等离子体发生装置的输入功率为800-2000W，微波频率为2.4-2.5GHz。