[发明专利]一种栅氧化层的制备方法及MOSFET功率器件

说明书

本发明提供了一种栅氧化层的制备方法及MOSFET功率器件，所述制备方法包括对具有第一导电类型的碳化硅外延片进行高温牺牲氧化，在其外延层的上表面形成牺牲氧化层；对牺牲氧化层进行腐蚀，直至完全去除外延层上的牺牲氧化层；对去除牺牲氧化层后的外延层的上表面进行高温表面化处理，形成光滑的钝化表面；对碳化硅外延片依次进行高温干氧氧化和磷气氛下退火，在光滑的钝化表面上形成栅氧化层。与现有技术相比，本发明提供的一种栅氧化层的制备方法及MOSFET功率器件，能够减少SiC/SiO₂界面处的因杂质和/或表面晶格缺陷造成的界面缺陷。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种栅氧化层的制备方法及MOSFET功率器件。

背景技术

碳化硅半导体材料具有较宽的禁带宽度(3.2eV)、较高的击穿电场强度(2.2MV/cm)、较高的高饱和电子迁移速率(2.0×10⁷cm/s)、较高的高热导率(5.0W/cm K)、极好的物理化学稳定性等特性，适合于作为大功率、高电压、高工作温度、高工作频率功率半导体器件的制造材料，而由于碳化硅在化合物半导体材料中是唯一具有通过氧化生成致密SiO₂介质层的能力，这使得碳化硅工艺与常规CMOS工艺具有更高的工艺兼容性和成熟性，也使得碳化硅MOSFET功率器件制造具有更成熟的制造工艺。

金属氧化物半导体场效应晶体管是一种广泛使用的一类功率器件，将控制信号提供给栅电极，该栅电极通过插入的绝缘体将半导体表面分开，绝缘体可以为二氧化硅(SiO₂)。通过多数载流子的传输进行电流传导，而不需要在双极型晶体管工作时使用少数载流子注入。同时，碳化硅MOSFET功率器件能够提供非常大的安全工作区，并且多个单元结构能够并行使用。

然而，碳化硅功率MOSFET器件中由于栅介质(SiO₂)/沟道(SiC)的界面质量问题：SiO₂/SiC界面处通常存在者高密度的界面态，导致碳化硅MOSFET功率器件的性能、稳定性和可靠性都受到不同程度的影响。通常认为，该问题的出现是由于氧化过程中产生的C的残余，而C残余通常以C悬挂键和C团簇的形式存在。因此，在氧化过程中，如何减少C残余的出现以及在氧化后如何使C悬挂键和C团簇消失或者钝化是提高SiO₂/SiC界面质量和碳化硅MOSFET功率器件的性能、稳定性和可靠性的关键。200610126666.7号中国专利中公开了通过在氢气或潮湿气氛中进行退火处理，改善栅介质层和沟道区界面的悬挂键终端，提高沟道迁移率的方法，然而这种处理方法的不足之处是可能会造成栅极接触不必要的氧化。

发明内容

为了满足克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种栅氧化层的制备方法及MOSFET功率器件。

第一方面，本发明中一种栅氧化层的制备方法的技术方案是：

所述制备方法包括：

对具有第一导电类型的碳化硅外延片进行高温牺牲氧化，在其外延层的上表面形成牺牲氧化层；

对所述牺牲氧化层进行腐蚀，直至完全去除所述外延层上的牺牲氧化层；

对所述去除牺牲氧化层后的外延层的上表面进行高温表面化处理，形成光滑的钝化表面；

对所述碳化硅外延片依次进行高温干氧-湿氧-干氧氧化和氮化退火，在所述光滑的钝化表面上形成栅氧化层。

第二方面，本发明中一种MOSFET功率器件的技术方案是：

所述MOSFET功率器件包括：

碳化硅外延片，其包括同时具有第一导电类型的碳化硅衬底和外延层，所述外延层设置在碳化硅衬底的正面；其中：所述外延层的上表面为对去除牺牲氧化层后的外延层的上表面进行高温表面化处理之后形成的光滑的钝化表面；