CN115527842A - 一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，包括如下步骤：(1)在碳化硅晶圆推入高温炉管后，在高温炉管升温阶段通入小流量氧气，使得碳化硅晶圆表面形成二氧化硅薄层；(2)在所述高温炉管升温阶段通入二氧化硅腐蚀气体，去除所述二氧化硅薄层中的疏松表面膜层，形成基础缓冲层；(3)关闭所述高温炉管内的所述小流量氧气和所述二氧化硅腐蚀气体，然后通入大流量氧气，形成栅氧化层。本发明采用在高温炉管升温阶段同时通入小流量氧气和二氧化硅腐蚀气体，使得碳化硅晶圆表面二氧化硅薄层形成的期间，其中比较疏松的表面膜层被二氧化硅腐蚀气体去除，进而通入大流量氧气实现高质量的栅氧化层，提高了SiC MOSFET器件的栅极可靠性。
Description
技术领域
本发明属于第三代宽禁带碳化硅半导体晶圆工艺技术领域，具体涉及一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法。
背景技术
在SiC MOSFET中，栅氧化层是最重要的结构，与Si相比，SiC需要在更高的温度下才会发生稳定的氧化过程，通常在1250℃以上。在SiC高温炉管由待机的700℃升温到1250℃或更高温度的过程中，特别时900℃到氧化温度的阶段，SiC会产生Si析出现象，造成晶圆表面石墨化及粗糙化，在后续的氧化及多晶淀积后，表现为多晶突起、鼓包。
传统SiC MOSFET栅氧化层的制作方法的步骤包括：
(1)首先在待机温度(通常为700℃、氮气环境)下将碳化硅晶圆推入高温炉管腔体内，通过抽真空的方式将高温炉管腔体内的空气成分带走；
(2)在高温炉管腔体内持续通入氩气，确保腔体内的氧含量达到设定值后进行升温，温度达到900℃以上，然后通入小流量的氧气(0.2SLM～0.5SLM)，当温度达到栅氧化层设定的工艺温度后，再通入大流量的氧气(2SLM～5SLM)形成栅氧化层；
(3)栅氧化层完成后，置换腔体内的气氛，最后进行氮化工艺。
以上的传统栅氧化层制作方法，在高温炉管升温段通入小流量氧气后，SiC表面会生成一层薄的二氧化硅，由于这是处于升温阶段，温度较低且不稳定，使得生成的二氧化硅比较疏松，难以满足其作为栅氧化层的要求。
本发明提供了一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，采用在高温炉管升温阶段同时通入小流量氧气和二氧化硅腐蚀气体，使得碳化硅晶圆表面二氧化硅薄层形成的期间，其中比较疏松的表面膜层被二氧化硅腐蚀气体去除，进而通入大流量氧气实现高质量的栅氧化层，提高了SiC MOSFET器件的栅极可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，采用在高温炉管升温阶段同时通入小流量氧气和二氧化硅腐蚀气体，使得碳化硅晶圆表面二氧化硅薄层形成的期间，其中比较疏松的表面膜层被二氧化硅腐蚀气体去除，进而通入大流量氧气实现高质量的栅氧化层，提高了SiC MOSFET器件的栅极可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
(1)在碳化硅晶圆推入高温炉管后，首先完成高温炉管腔体内的空气置换，然后在高温炉管升温阶段通入小流量氧气，使得碳化硅晶圆表面形成二氧化硅薄层；
(2)在所述高温炉管升温阶段通入二氧化硅腐蚀气体，去除所述二氧化硅薄层中的疏松表面膜层，形成基础缓冲层；
(3)关闭所述高温炉管内的所述小流量氧气和所述二氧化硅腐蚀气体，然后通入大流量氧气，形成栅氧化层。
进一步，其中步骤(1)所述小流量氧气的流量为0.2SLM～0.5SLM。
进一步，其中步骤(2)所述二氧化硅腐蚀气体为HCL或DCE。
进一步，其中步骤(3)所述高温炉管的腔体工作温度为900℃～1350℃。
进一步，其中步骤(3)所述大流量氧气的流量为2SLM～5SLM。
区别现有技术的情况，本发明采用在高温炉管升温阶段同时通入小流量氧气和二氧化硅腐蚀气体，使得碳化硅晶圆表面二氧化硅薄层形成的期间，其中比较疏松的表面膜层被二氧化硅腐蚀气体去除，进而通入大流量氧气实现高质量的栅氧化层，提高了SiCMOSFET器件的栅极可靠性。
附图说明
图1是根据本发明实施例中提供的一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法的简化工艺流程图。
图2-图4为根据本发明的一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法在不同阶段所形成的器件局部示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行完整地描述。
本发明提供的一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法的简化工艺流程图，如图1所示，该方法包括：
S1：高温炉管完成空气置换后，在升温阶段通入小流量氧气，使得碳化硅晶圆表面形成具有疏松结构的二氧化硅薄层；
具体的，如图2所示，在碳化硅晶圆1表面，通过高温炉管工艺生长一层具有疏松结构的二氧化硅薄层2。
S2：高温炉管升温阶段通入HCL气体，去除二氧化硅薄层的疏松表面膜层，形成基础缓冲层；
具体的，如图3所示，在高温炉管升温阶段通入具有二氧化硅腐蚀作用的HCL气体，使得二氧化硅薄层2生长的同时进行选择性地腐蚀，通过HCL气体腐蚀去除二氧化硅薄层2的疏松结构，最终剩下一层界面态较好的基础缓冲层3。
S3：关闭高温炉管内的小流量氧气和HCL气体，通入大流量氧气，形成栅氧化层。
具体的，如图4所示，关闭高温炉管内的小流量氧气和HCL气体，通入大流量氧气，形成栅氧化层4。
综上所述，本发明实施例的一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，采用在高温炉管升温阶段同时通入小流量氧气和二氧化硅腐蚀气体，使得碳化硅晶圆表面二氧化硅薄层形成的期间，其中比较疏松的表面膜层被二氧化硅腐蚀气体去除，进而通入大流量氧气实现高质量的栅氧化层，提高了SiC MOSFET器件的栅极可靠性。
以上所述的实施方案仅表达本发明的一种优选实施方案，并非用以限定本发明。凡是基于本发明中的实施方案和发明思想进行的各种变化形式，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
(1)在碳化硅晶圆推入高温炉管后，首先完成高温炉管腔体内的空气置换，然后在高温炉管升温阶段通入小流量氧气，使得碳化硅晶圆表面形成二氧化硅薄层；
(2)在所述高温炉管升温阶段通入二氧化硅腐蚀气体，去除所述二氧化硅薄层中的疏松表面膜层，形成基础缓冲层；
(3)关闭所述高温炉管内的所述小流量氧气和所述二氧化硅腐蚀气体，然后通入大流量氧气，形成栅氧化层。
2.根据权利要求1所述的一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，其中步骤(1)所述小流量氧气的流量为0.2SLM～0.5SLM。
3.根据权利要求1所述的一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，其中步骤(2)所述二氧化硅腐蚀气体为HCL或DCE。
4.根据权利要求1所述的一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，其中步骤(3)所述高温炉管的腔体工作温度为900℃～1350℃。
5.根据权利要求1所述的一种高质量的SiC MOSFET器件栅氧化层的制作方法，其中步骤(3)所述大流量氧气的流量为2SLM～5SLM。
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