[发明专利]一种SiC功率器件芯片栅氧化层的制造方法及功率器件

说明书

本发明公开了一种SiC功率器件芯片栅氧化层的制造方法及功率器件，其中SiC功率器件芯片栅氧化层的制造方法通过多次注入可以精确控制引入元素数量，既保证消除缺陷的效果，又不会引入过多的P/B元素导致栅极可靠性下降。多次注入优化元素分布保证了P注入层在热氧化过程中全部消耗。通过热氧化前光刻定义注入区，在SIC表面形成P/B注入区，使P和N元素共同形成界面陷阱，降低界面态，该方法不需要使用NO气氛退火就引入了两种元素，复合降低界面态，提升了栅极可靠性，降低了器件制造成本。

技术领域

本发明属于半导体芯片制造工艺技术领域,具体涉及一种SiC功率器件芯片栅氧化层的制造方法及功率器件。

背景技术

碳化硅(SiC)材料是自第一代元素半导体材料(Si)和第二代化合物半导体材料(GaAs、GaP、InP等)之后发展起来的第三代宽带隙半导体材料。SiC材料由于具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移速度等特点，特别适合制作微波大功率、高压、高温、抗辐照电子器件，在国民经济各方面具有广泛的应用。当前，SiC器件的研制已经成为研究热点。

SiC是第三代宽禁带半导体中唯一能够热氧化生长SiO2的化合物半导体材料，这就使得用SiC可以实现所有的Si功率器件结构。SiC/SiO₂的界面态密度比Si/SiC的界面态密度要高出约一到两个数量级，这使得功率器件中常用的MOS结构应用在SiC器件上性能严重退化，在N型SiC MOSFET表面的反型沟道电子迁移率要远低于其体内迁移率，极大的阻碍了SiC MOSFET器件的发展。并且由于SiC与Si不同的结构以及其更宽的禁带宽度，其界面附近和氧化层中的各种陷阱电荷的来源和Si有很大不同，造成其陷阱类型众多，对器件的栅氧化层可靠性带来了严峻考验。目前，由SiC MOSFET的栅氧化层可靠性较差，己经成为限制SiC MOSFET器件进一步提升性能和扩大使用规模的关键性问题。

为了提升SiC MOSFET的栅氧化层质量，目前主要解决方案有两种：

1.直接在SiC单晶或外延片上生长出低缺陷的SiC/SiO₂界面：方法是通过低温低氧含量退火和高温热氧化生长出SiC/SiO₂界面，这种方法可以提升栅极可靠性，但对界面态密度的降低效果不明显。

2.在SiC/SiO₂界面区域引入其它元素形成陷阱：陷阱可以降低界面态密度，但额外元素的引入势会对器件带来一些负面的影响。例如，过量的P钝化会和SiO₂结合形成磷硅玻璃(PSG)，这种不稳定的物质会严重影响栅氧化层的完整性，致使栅极泄漏电流的增加，影响器件长时工作的可靠性。

发明内容

为了提高SiC MOSFET器件的栅极氧化层的性能和可靠性，降低器件的制造成本。本发明针对上述现有方法的不足，提出了一种低成本SIC功率器件芯片高可靠性栅氧化层制造方法。通过多次注入可以精确控制引入元素数量，既保证消除缺陷的效果，有不会引入过多的P离子和B离子导致栅极可靠性下降。多次注入优化元素分布保证了P注入层在热氧化过程中全部消耗。同时，通过离子注入法注入P离子和B离子的方式能够避免使用NO气氛退火。因此该方法降低了器件制造成本，增加了器件可靠性。

根据本发明的一个方面，一种SiC功率器件芯片栅氧化层的制造方法，包括如下步骤：步骤1：提供SiC单晶或外延片，采用光刻刻蚀工艺在所述SiC单晶或外延片外表面进行第一次光刻定义第一离子注入区；步骤2：在SiC单晶或外延片的外表面的第一离子注入区进行至少三次第一离子注入；步骤3：在所述SiC单晶或外延片外表面进行第二次光刻，定义第二离子注入区；步骤4：在SiC单晶或外延片的外表面的第二离子注入区进行至少三次第二离子注入；步骤5：在惰性气体的气氛下进行热退火；步骤6：进行热氧化形成栅极氧化层；步骤7：在惰性气体的气氛下快速降温进行低温退火；步骤8：低温退火完成后不降温，直接在惰性气体的气氛下升温进行高温退火。

优选地，所述第一离子为P离子，所述第二离子为B离子。