[发明专利]一种改善碳化硅栅沟槽质量的方法

说明书

本发明公布了一种改善碳化硅栅沟槽质量的方法，该方法包括：使用干法刻蚀方法对碳化硅进行栅沟槽刻蚀；在惰性气体氛围下，对刻蚀后的碳化硅栅沟槽进行第一次高温钝化处理，以消除刻蚀过程中在碳化硅栅沟槽底角所产生的微沟槽；在单一或者混合气体氛围下，对的碳化硅栅沟槽进行第二次高温钝化处理，以降低栅沟槽的表面粗糙度。本发明通过两次高温钝化处理使得碳化硅栅沟槽底部圆滑且无微沟槽、沟槽表面粗糙度低，得到高质量的碳化硅栅沟槽。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域。

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，随着微电子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。碳化硅材料制备成的器件由于其在高温、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(SiC MOSFET)也广泛应用于航空航天、电动汽车以及高压直流输电设备等重要领域。

SiC MOSFET器件结构主要有平面型(SiC DMOSFET)和沟槽型(SiC UMOSFET)两种。相比于SiC DMOSFET器件，SiC UMOSFET器件没有JFET区，消除了JFET区电阻，使得器件的导通电阻可以更低，电流导通能力得到进一步提升。而且由于JFET区得以消除，使得器件输入电容大幅减小，提高了开关速度，降低了开关损耗。综上所述，相比于SiC DMOSFET器件，SiCUMOSFET器件功率密度更大、开关速度更快、导通电阻及损耗更低。

虽然SiC UMOSFET器件有众多优势，但是其制造流程和工艺却复杂很多，所以就导致影响器件性能的因素有很多，其中之一就是栅沟槽的质量。碳化硅栅沟槽的质量主要包括沟槽底角的微沟槽效应和沟槽表面粗糙度大小。微沟槽的存在使得器件沟槽底角产生电场集中效应，在施加栅压时底角处的栅氧化层非常容易击穿，严重影响器件栅氧化层的稳定性和器件的可靠性。另外，SiC UMOSFET的栅氧化层在沟槽侧壁位置，所以沟槽侧壁的质量十分重要，如果表面粗糙度过大，会导致栅氧化层和SiC材料之间的界面质量差且界面态密度高，最终导致器件的沟道迁移率下降，影响器件的导通性能。如果沟槽侧壁和底部角度过大，首先不能使沟槽侧壁位于(11-20)晶面上，会严重影响器件的沟道迁移率；其次会使沟槽宽度不一致，会影响器件的反向阻断性能。所以必须要对进行刻蚀后的碳化硅栅沟槽进行形貌修复，以改善沟槽质量，进而提升SiC UMOSFET 器件的电学性能和可靠性。

目前在碳化硅栅沟槽形貌修复的工艺方法中，通常使用氧化后清洗的方法。首先在氧气环境中对碳化硅栅沟槽进行高温氧化，将表面的碳化硅氧化为氧化硅，然后进行氢氟酸清洗，将表面的氧化硅去除。但是这种方法很难消除栅沟槽底角的微沟槽，因为微沟槽的深度一般在1～2μm左右，而碳化硅氧化的原理是氧气需要穿过氧化硅到达SiC 界面，所以当氧化硅达到几十纳米后就非常难发生碳化硅材料的氧化，即无法彻底去除微沟槽。而且由于氧化方法的均匀性，也无法改善沟槽表面的粗糙度，也就无法提升 SiC UMOSFET器件的电学性能和可靠性。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种改善碳化硅栅沟槽质量的方法。

技术方案：本发明提供了一种改善碳化硅栅沟槽质量的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对碳化硅衬底进行干法刻蚀，从而在碳化硅衬底上形成栅沟槽；

步骤2：将具有栅沟槽的碳化硅衬底上载至高温炉管；

步骤3：在高温炉管中加入惰性气体，对具有栅沟槽的碳化硅衬底进行第一次高温钝化处理；

步骤4：第一次高温钝化处理完毕后，在高温炉管中加入氢气或者混合气体，对具有栅沟槽的碳化硅衬底进行第二次高温钝化处理；所述混合气体为氢气和硅烷的混合气体、氢气和氮气的混合气体或氢气和氩气的混合气体；