CN113496883A - 碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，包括：提供碳化硅基板；形成沟槽结构于碳化硅基板之中；进行热氧化，用于该沟槽结构之中形成底部氧化层与侧壁氧化层，其中底部氧化层的厚度大于侧壁氧化层的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳化硅基板，特别涉及一种碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法。
背景技术
在半导体元件制程之中，氧化硅层的形成通常是以加热方式来执行。通过加热硅或碳化硅表面来生长二氧化硅。碳化硅(Silicon carbide，SiC)的氧化过程会于氧化物/碳化硅界面层产生积聚碳团及高密度的积存电荷。因此，于加热氧化之后，通常会进行另一个长时间氧化后的退火步骤。
由于碳化硅具有宽能隙、高临界崩溃电场强度以及高热导率等特性，被认为是功率开关元件的极佳材料。另外，相较于蓝宝石基板而言，碳化硅基板与氮化镓之间的晶格匹配更佳，因此，碳化硅基板更广泛的用于半导体元件之中。
发明内容
本发明的主要目的在于提供可以增加碳化硅基板的底部氧化层厚度的碳化硅基板结构。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，包括：提供一碳化硅基板；形成沟槽结构于碳化硅基板之中；进行热氧化，用于该沟槽结构中形成底部氧化层与侧壁氧化层，其中底部氧化层的厚度大于侧壁氧化层的厚度。
根据本发明的一观点，碳化硅基板具有上表面的
晶面，侧面的(0001)晶面。沟槽结构通过光刻与刻蚀形成。热氧化过程是在1400℃以下的温度下进行，例如实施温度为1100℃～1400℃。
根据本发明的一观点，在热氧化过程之中，该沟槽结构的底部的氧化层沉积速度快，而该沟槽结构的侧壁的氧化层沉积速度慢。
根据本发明的另一观点，热氧化过程是通过湿氧及氮的热氧化法来执行、干氧的热氧化法或氮系列元素气体分子NO,NO2,N2O及NH3的至少一个气体环境下执行。
此些优点及其他优点从以下较佳实施例之叙述及申请专利范围将使读者得以清楚了解本发明。
附图说明
如下所述的对本发明的详细描述与实施例的示意图，应使本发明更被充分地理解；然而，应可理解此仅限于作为理解本发明应用的参考，而非限制本发明于一特定实施例之中。
图1为本发明实施例的碳化硅基板示意图；
图2为根据本发明实施例的于碳化硅基板之上形成光阻图案示意图；
图3为根据本发明实施例的刻蚀碳化硅基板形成沟槽示意图；
图4为根据本发明实施例的碳化硅基板的沟槽示意图；
图5为根据本发明实施例的形成厚底部氧化层沟槽结构一示意图。
主要部件附图标记：
100碳化硅基板 102水平上表面 104垂直面
106光阻图案 108刻蚀区域 110沟槽
112剩余的光阻 114沟槽的底部 116沟槽的侧壁
118上表面 120沟槽底部的氧化层 122沟槽侧壁的氧化层
124碳化硅基板的上表面的氧化层
具体实施方式
此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其供以说明之用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其它不同的实施例中。
本发明的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，如以下所述。首先，提供碳化硅(SiC)基板100，如图1所示。在本发明之中，碳化硅基板100具有水平上表面102与垂直面104，其中碳化硅基板100的结晶结构型态使得水平上表面102的氧化速率远大于垂直面104的氧化速率。对实施例而言，碳化硅基板100具有一上表面的晶面为
面与一侧面的晶面为(0001)面，其中水平上表面
面的氧化速率远大于垂直面(0001)面的氧化速率。
在该实施例中，碳化硅基板100可以应用于绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor:IGBT)半导体元件之中。IGBT半导体元件采用沟槽(Trench)结构。在此沟槽结构之中，将原来水平方向的栅极改为垂直方向。在沟槽结构的IGBT元件之中，由于相邻元胞的耗尽区(Depletion Region)不会互相靠近，因此寄生的结栅场效应晶体管(Junction Gate Field Effect Transistor:JFET)区得以消除。另外，沟槽结构的IGBT元件可以有效的抑制闩锁(Latch-Up)。
然后，于碳化硅基板100之上形成光阻图案106，定义刻蚀区域108，如图2所示。其中光阻图案106可以通过光刻(Photolithography Process)实现。接下来，以光阻图案106作为掩膜版进行刻蚀，形成沟槽110，如图3所示。沟槽110的长度、宽度、深度可以依照不同的元件而设计。刻蚀有湿法刻蚀、干法刻蚀、溅射刻蚀等。在一些实施例中，形成沟槽110的刻蚀过程包括利用一种或多种刻蚀剂材料。在一些实施例中，刻蚀剂材料包括使用Cl2、SF6、HBr、HCl、CF4、CHF3、C2F6、C4F8、或其他类似的刻蚀剂材料的一种或多种。
之后，将剩余的光阻112移除，以形成底部114、侧壁116的沟槽以及上表面118，如图4所示。最后，进行热氧化(Thermal Oxidation)，用于沟槽的底部114、侧壁116与碳化硅基板100的上表面118分别形成沟槽底部的氧化层120、沟槽侧壁的氧化层122与碳化硅基板100的上表面的氧化层124。在实施例之中，是在1400℃以下的温度(例如1100℃～1400℃的温度)进行热氧化，以在碳化硅基板的沟槽结构的表面进行热氧化，以形成氧化层薄膜。
由前述可知，碳化硅基板100的水平面
面的氧化速率远大于垂直面(0001)面的氧化速率。所以，相对而言，沟槽的底部的氧化层120沉积速度快，而沟槽的侧壁的氧化层122沉积速度慢。因此，沟槽的底部的氧化层120的厚度会大于沟槽的侧壁的氧化层122的厚度。本发明所采用的碳化硅基板100的结构通过上述过程，可以形成厚底部氧化层(ThickBottom Oxide:TBO)的沟槽氧化层结构。
上述热氧化过程可以通过使用湿氧及氮的热氧化法形成氧化层薄膜，或者通过使用干氧的热氧化法形成氧化层薄膜，或者通过使用干氧及氮的热氧化法形成氧化层薄膜。上述沟槽底部的氧化层120、沟槽侧壁的氧化层122与碳化硅基板100的上表面的氧化层124的厚度可以通过过程温度、热氧化时间、热氧化方法、或者其他参数条件来控制、决定。
在另一实施例之中，上述热氧化过程可以通过含有氮及氧的气体分子(NO,NO2,N2O及NH3)环境下，将碳化硅基板的沟槽结构表面进行热氧化而形成氧化层薄膜。例如，在包含有氮及氧的的气体分子(NO,NO2,N2O及NH3)的至少一个气体环境下，将碳化硅基板的沟槽结构的表面进行热氧化而形成氧化层薄膜。另外，在包含作为含有氮及氧的气体分子NO,NO2及N2O的气体环境下，将碳化硅基板的沟槽结构的表面进行热氧化而形成氧化层薄膜。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，包含：提供一碳化硅基板；形成沟槽结构于该碳化硅基板之中；以及进行热氧化，用于该沟槽结构之中形成底部氧化层与侧壁氧化层，其中该底部氧化层的厚度大于该侧壁氧化层的厚度；该碳化硅基板具有上表面的
晶面，侧面的0001晶面。
2.根据权利要求1所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，所述沟槽结构是通过刻蚀工艺而形成。
3.根据权利要求2所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，所述刻蚀过程中的刻蚀剂材料包括以下至少之一：Cl2、SF6、HBr、HCl、CF4、CHF3、C2F6、C4F8。
4.根据权利要求1所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，在1400℃以下的温度进行热氧化。
5.根据权利要求4所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，所述热氧化过程的实施温度为1100℃～1400℃。
6.根据权利要求1所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，所述热氧化过程中，所述沟槽结构的底部的氧化层沉积速度快，而该沟槽结构的侧壁的氧化层沉积速度慢。
7.根据权利要求1所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，所述热氧化过程是通过湿氧及氮的热氧化法来执行。
8.根据权利要求1所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，所述热氧化过程是通过氧的热氧化法来执行。
9.根据权利要求1所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，所述热氧化过程是通过氮系列元素气体分子的环境下执行。
10.根据权利要求1所述的碳化硅基板的底部氧化层增厚的制作方法，其特征在于，所述热氧化过程是通过氮系列元素气体分子NO,NO2,N2O及NH3的至少一个环境下执行。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20211012 |