[发明专利]一种在碳化硅基片上生长氧化层的方法

说明书

本发明公开了一种在碳化硅基片上生长氧化层的方法，包括如下步骤：S1：在碳化硅基片(1)的表面覆盖一掩膜层(2)，然后对掩膜层(2)进行图形化处理，使得碳化硅基片(1)表面的第一待氧化区域裸露，其第二待氧化区域被掩膜层(2)覆盖；S2：向第一待氧化区域注入氧离子和氮离子(3)，在碳化硅基片(1)的表面形成一离子注入层(4)；S4：进行高温热氧化处理，在所述碳化硅基片(1)的表面形成一氧化层(5)，且离子注入层(4)的氧化层(5)厚度大于碳化硅基片(1)表面其余区域的氧化层(5)厚度。所述方法通过氧离子的注入使得碳化硅表面非晶化，提高了氧化速度，同时通过氮离子的注入降低了二氧化硅与碳化硅界面态密度，从而可以提高了二氧化硅与碳化硅界面质量。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种在碳化硅基片(含外延层)上快速生长氧化层的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种宽禁带半导体材料，具有高临界击穿电场强度、高饱和电子迁移率、高热导率等优点，特别适合应用于大功率电力传输和换能技术领域。用SiC材料制备的电力电子器件可以承载高电压、大电流，并且可以在高辐射、高温等苛刻应用环境下稳定工作。SiC材料可以用于制备肖特基二极管、PIN管等整流器件，亦可以用于制备MOSFET、JFET、IGBT等开关器件。SiC材料在MEMS器件中也有广泛应用。

在半导体器件制备过程中，氧化工艺是一种常用的制备工艺。氧化工艺可以用来生长栅极氧化层、牺牲氧化层、电极之间的隔离层、以及用于注入或刻蚀等用途的掩蔽层。SiC材料是继Si材料后另一种可以直接通过热氧化生长SiO₂的半导体材料，SiC材料的这一特性给SiC器件的制备带来了得天独厚的优势。

但是，SiC材料本身的化学性质非常稳定，SiC的氧化速度非常缓慢，并且需要很高的氧化温度，这导致几十纳米厚度的氧化层的生长都很缓慢，需要的时间和温度都要远远高于常见的Si的氧化，生成的氧化硅的界面状态有问题，而用于隔离或屏蔽用途的更厚的氧化层的生长则非常困难。同时，作为SiC材料中最常用的一种异型体，4H-SiC是一种各向异性材料，其不同晶面的氧化速度差异较大，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。鉴于Si晶面的外延技术较为成熟，现有技术的外延片主要是基于Si晶面的外延片，这导致制备高压器件时氧化层的生长需要很长时间，并且器件不同部位的氧化速率不同将会对器件功能产生额外的不利影响，给器件结构以及工艺设计带来新的挑战。在有的情况下，技术人员可以选择在碳化硅外延片上直接沉积介质层的方法来。但是，这种方法沉积的氧化膜质量不高，应用范围很小。另外在刻蚀介质层后会形成结构尖角，从而引起电场聚集，导致器件漏电或击穿，并不会像选择区自然氧化层那样形成平缓的过渡结构。如何提高在碳化硅基片上生长氧化层的氧化速度已经成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

为解决上述问题，现有技术的唯一方法是提高SiC的氧化温度。SiC的氧化温度提高使得SiC器件制备需要昂贵的仪器，产能极低，并且制备得到的氧化层、以及氧化层与碳化硅基片的界面在功能上也有诸多问题。碳化硅氧化生长后，在二氧化硅与碳化硅的界面处存在大量的碳簇和硅-碳悬挂键。一方面，碳簇和硅-碳悬挂键能够俘获沟道电子，使其不能参与电流输运，从而减小表面反型层的电荷密度；另一方面，在低场下，碳簇和硅-碳悬挂键俘获的电子作为一个库伦散射中心，能够降低表面反型层的迁移率，从而极大地阻碍碳化硅功率器件的发展。

因此，需要提供一种在碳化硅基片上快速生长氧化层的方法，以提高SiC的氧化速度，并且改善氧化层/碳化硅界面状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在碳化硅基片(含外延层)上快速生长氧化层的方法。

为解决上述技术问题，发明采用如下的技术方案：

一种在碳化硅基片上生长氧化层的方法，包括如下步骤：