[发明专利]一种在碳化硅基片上快速生长氧化层的方法

说明书

本发明公开一种在碳化硅基片上快速生长氧化层的方法，该方法包括如下步骤：S1：在SiC基片(1)上选取待生长氧化层的区域；S2：通过离子注入的方式对所述待生长氧化层的区域注入氧离子(2)，形成氧离子注入层(3)；S3：将形成所述氧离子注入层(3)后的SiC基片(1)进行高温氧化处理，形成氧化层(4)，且所述氧化层(4)的氧化深度大于或等于所述氧离子注入层(3)的氧离子注入深度。本发明的方法可以将SiC的氧化速度有效提高一个数量级以上，并且可以通过改变氧离子注入条件实现对SiC氧化速度的人为调控，由此摆脱SiC不同晶面的氧化速度不同的制约，并改变和控制形成的氧化膜的性质。

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，生成的氧化硅的质量和界面状态都有问题，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。

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。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。

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。

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上快速生长氧化层的方法，以提高SiC的氧化速度。

为解决上述技术问题，发明采用如下的技术方案：

本发明。一种在碳化硅基片上快速生长氧化层的方法，该方法包括如下步骤：

S1：在SiC基片上选取待生长氧化层的区域；

S2：通过离子注入的方式对所述待生长氧化层的区域注入氧离子，形成氧离子注入层；

S3：将形成所述氧离子注入层后的SiC基片进行高温氧化处理，形成氧化层，且所述氧化层的氧化深度大于或等于所述氧离子注入层的氧离子注入深度。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤S2中，注入的所述氧离子的能量为10keV至1000keV。