[发明专利]一种在碳化硅材料上制造栅氧化层的方法

说明书

本发明涉及一种在碳化硅材料上制造栅氧化层的方法，包括以下步骤：(1)在第一温度下，氧气气氛中，在碳化硅衬底表面形成氧化层；(2)在第二温度下，氩气气氛中，将步骤(1)中形成氧化层的碳化硅衬底进行第一次高温热退火处理；(3)在第三温度下，在湿氧气气氛中，将步骤(2)中形成氧化层的碳化硅衬底进行湿氧气再氧化处理；(4)在第二温度下，一氧化氮气氛或者一氧化二氮气氛中，将步骤(3)中形成氧化层的碳化硅衬底进行第二次高温热退火处理；(5)将温度降低至执行卸载工艺所要求的温度，将步骤(4)中形成氧化层的碳化硅衬底卸载。本发明提供的栅氧化层的制造方法，能够有效降低界面态密度以及氧化层固定电荷数量，从而提高栅氧化层的性能。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种在碳化硅材料上制造栅氧化层的方法。

背景技术

自从微电子技术发展以来，硅基半导体器件如二极管、场效应晶体管等占据着功率器件的主导地位。但是，随着技术的不断提升以及人们对器件性能需求的增大，硅基器件的性能已经逐渐逼近其材料论极限。碳化硅材料器件由于其在高温、高频率、高压、大功率以及抗辐射等方面的巨大优势使其脱颖而出。而作为主要产品的碳化硅基金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)也广泛应用于航空航天、混合动力车辆、列车牵引设备、高压直流输电设备等重要领域。

尽管碳化硅MOSFET已经发展至今，但是其性能尤其是栅氧化层质量方面还有非常巨大的研究和提升空间。栅氧化层界面质量不好、界面态密度高、沟道迁移率低等因素严重影响着碳化硅MOSFET的电学性能及可靠性。这种因素不仅和处理栅氧化层的方式有关，也和生长栅氧化层的方法相关。

目前在碳化硅栅氧化层的制造方法中，通常先在氧气环境中使用热氧化的方法形成50-100纳米厚度的氧化层，然后再进行高温下退火以降低界面态密度和陷阱电荷的数量。然而这种常规的制造方法并不能使界面态陷阱电荷数量和氧化层电荷有效地降低。因为形成栅氧化层后，碳化硅和氧化硅界面处会有大量的不饱和悬挂键。而在后续进行的退火中由于氧化层厚度较厚不能够使得退火的气体到达界面从而不能和界面处的不饱和悬挂键反应。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了本发明提供了一种在碳化硅材料上制造栅氧化层的方法，该方法能够有效降低界面态密度以及氧化层固定电荷数量，从而提高栅氧化层的性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种在碳化硅材料上制造栅氧化层的方法，包括以下步骤：

(1)在第一温度下，氧气气氛中，在碳化硅衬底表面形成氧化层；

(2)在第二温度下，氩气气氛中，将步骤(1)中形成氧化层的碳化硅衬底进行第一次高温热退火处理；

(3)在第三温度下，在湿氧气气氛中，将步骤(2)中形成氧化层的碳化硅衬底进行湿氧气再氧化处理；

(4)在第二温度下，一氧化氮气氛或者一氧化二氮气氛中，将步骤(3)中形成氧化层的碳化硅衬底进行第二次高温热退火处理；

(5)降低温度，将步骤(4)中形成氧化层的碳化硅衬底卸载。

本技术方案中，优选地，第一温度、第二温度、以及第三温度分别为1100-1250℃、1100-1300℃和800-1000℃。

优选地，步骤(2)中的第一次高温热退火处理的处理时间为1-2小时，步骤(4)中的第二次高温热退火处理的处理时间为1-2小时。

优选地，步骤(3)中，湿氧气再氧化处理的处理时间为1-3小时。

优选地，步骤(1)中，氧化层的厚度为35-40nm；