[发明专利]基于两步微波等离子体氧化的凹槽MOSFET器件的制造方法

说明书

一种基于两步微波等离子体氧化的凹槽MOSFET器件的制造方法，包括：在凹槽栅刻蚀后，利用微波等离子体将凹槽栅表面的碳化硅氧化为二氧化硅，形成凹槽栅氧化层，其中形成凹槽栅氧化层的步骤包括：将进行凹槽栅刻蚀后的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。本发明可以显著提高碳化硅的氧化效率，改善界面质量，形成均匀的栅介质层。

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凹槽MOSFET器件的制造方法。

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。

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。

另外，实验表明，碳化硅在不同晶向上的氧化速率差别很大，在Si面，与a轴垂直的平面的氧化速率甚至是与c轴垂直的平面的3-5倍。如果采用热氧化工艺形成UMOS结构的栅氧，将得到侧壁上的氧化层厚度是底部的3-5倍，如图2所示，这就使得器件在正向偏压下不能正常开启。

因为沟道是从侧壁上形成的纵向沟道，为了使器件正常开启，而要提供更高的栅压VG。但是，由于侧壁上热氧化生长的SiO₂速率是底部氧化速率的数倍，这使得器件在栅压到达栅氧安全工作电压的最大值时，侧壁上沟道区由于栅压未达到阈值电压，器件不能开启，不能得到正向特性，继续增加栅压，底部栅氧稳定性会变坏，使得底部氧化层提前发生击穿，器件不能正常工作。因此形成低界面态、均匀栅氧层是制作凹槽MOSFET器件的关键。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于两步微波等离子体氧化的凹槽MOSFET器件的制造方法，可以形成低界面态、均匀的栅氧层。

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凹槽MOSFET器件的制造方法，包括：

在凹槽栅刻蚀后，利用微波等离子体将凹槽栅表面的碳化硅氧化为二氧化硅，形成凹槽栅氧化层，

其中形成凹槽栅氧化层的步骤包括：

将进行凹槽栅刻蚀后的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；