一种碳化硅器件高温氧化工艺方法 |
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申请号 | CN202311740535.8 | 申请日 | 2023-12-18 | 公开(公告)号 | CN117912940A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
申请人 | 广东汇成真空科技股份有限公司; | 发明人 | 李志荣; 罗志明; 李志方; 杨钊; 李迎春; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及一种 碳 化 硅 器件高温 氧 化工艺方法,包括如下步骤:1)表面清洗;2)高温氧化;所述步骤1)通过如下方式实施,包括如下分步骤:1‑1)采用 等离子体 刻蚀 工艺在 真空 腔内对所述碳化硅器件进行刻蚀,清除表面氧化层;1‑2)然后再通过 化学气相沉积 工艺在所述碳化硅器件表面沉积一层氧化硅膜。本发明先去除碳化硅器件表面 质量 较差的不均匀的原生或残留的氧化层,然后再 镀 上一层致密的氧化硅保护 薄膜 ,防止碳化硅器件在进入高温氧化炉之前再次被氧化,如此,在碳化硅器件放入高温氧化炉后,就不会因为底层自带氧化层质量问题而影响最终氧化层的均匀性,进而降低产品性能。 | ||||||
权利要求 | 1.一种碳化硅器件高温氧化工艺方法,包括如下步骤: |
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说明书全文 | 一种碳化硅器件高温氧化工艺方法技术领域[0001] 本发明涉及一种碳化硅器件高温氧化工艺方法。 背景技术[0002] 对于碳化硅MOSFET部件而言,栅氧化层的质量直接影响沟道的迁移率和栅极可靠性。当前,碳化硅栅极氧化层主要通过高温氧化炉来制备。通常情况下碳化硅芯片表面具有一层原生或残留的氧化层,这层氧化层深度浅,质量均匀性差,若不去除,会影响后续高温氧化层的均匀性,导致器件性能降低。 [0004] 但申请人发现,经这种湿法清洗后,高温氧化层均匀性还是易出现不均匀问题。然来,经清洗的碳化硅晶圆片在被放入高温氧化炉之前,表面往往很快又会生成一些氧化硅,这些氧化硅同样会造成碳化硅高温氧化层的均匀性问题。 发明内容[0005] 针对上述技术问题,本发明的目的在于,提供一种能改善碳化硅器件氧化层均匀性,从而提高器件性能的工艺方法。 [0006] 本发明的发明目的通过如下技术方案实现:一种碳化硅器件高温氧化工艺方法,包括如下步骤: [0007] 1)表面清洗; [0008] 2)高温氧化; [0009] 其特征在于,所述步骤1)通过如下方式实施,包括如下分步骤: [0012] 等离子体刻蚀工艺,气体材料利用率高,成本低,并且干法刻蚀具有很好的方向性和可选择性,方便实现碳化硅表面的氧化层去除质量和速率均匀可控。通过化学气相沉积工艺沉积得到的氧化硅薄膜相比于在空气中自然氧化得到的氧化硅薄膜,前者组织致密均匀性好,同时沉积速率相对较快,可以满足对栅氧层的质量要求,同时化学气相沉积工艺简单,所需气体成本低。另外,干法刻蚀(等离子体刻蚀工艺)和化学气相沉积工艺具有相同性,都是通过产生等离子体离化气体,因此可以共用同一个真空腔体,晶圆无需中转。 [0013] 作为优选:步骤1)具体通过如下方式实施: [0014] 1‑1)采用由四氟化碳和氩气组成的等离子体,通过等离子体刻蚀工艺在真空腔内对所述碳化硅器件进行刻蚀,清除表面氧化层; [0015] 1‑2)然后再向真空腔中通入笑气(N2O)和硅烷组成的等离子体,通过化学气相沉积工艺在所述碳化硅器件表面沉积一层氧化硅膜。 [0016] 本发明选用四氟化碳作为刻蚀气体,刻蚀速率快,质量好。氩气在本发明中主要作为载气,其电离能较低,质量和原子半径较大,所以,在相同的条件下,其在干法刻蚀过程中更易破坏待刻蚀物质表面的原子键结构,提供更多的等离子体数目,降低刻蚀腔体内离子的能量,并增加总的离子密度,提高刻蚀效率。 [0017] 在化学气相沉积的过程中,硅烷提供硅原子,笑气提供氧原子,二者的混合气体在通电起辉之后,形成等离子体,发生如下反应: [0018] SiH4+2N2O→SiO2+2N2+2H2 [0020] 进一步,步骤1‑1)具体过程为: [0021] 将真空腔抽真空,然后通氩气,并保持一段时间,以清除真空腔中的杂质粒子,维持真空腔的清洁度; [0022] 然后通四氟化碳工艺气体,并通电起弧形成等离子体轰击所述碳化硅器件,清除其表面氧化层。 [0023] 进一步,步骤1‑2)具体过程为: [0024] 待所述碳化硅器件表面的氧化层去除干净后,停止通四氟化碳工艺气体,保持通氩气一段时间,清除残留的四氟化碳、硅离子、氧离子等杂质粒子; [0025] 然后通硅烷和笑气,并通电起弧产生等离子体,生成硅离子和氧离子,并结合而成二氧化硅沉积在表面干净的所述碳化硅器件上。 [0026] 有益效果: [0027] 本发明先去除碳化硅器件表面质量较差的不均匀的原生或残留的氧化层,然后再镀上一层致密的氧化硅保护薄膜,防止碳化硅器件在进入高温氧化炉之前再次被氧化,如此,在碳化硅器件放入高温氧化炉后,就不会因为底层自带氧化层质量问题而影响最终氧化层的均匀性,进而降低产品性能。附图说明 [0029] 图2为步骤(1)的原理示意图; [0030] 图3为步骤(2)的原理示意图; [0031] 图4为步骤(3)后的效果图。 具体实施方式[0032] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 [0033] 实施例一 [0034] 一种碳化硅器件高温氧化工艺方法,包括如下步骤,如图1所示: [0035] 步骤(1)采用由四氟化碳和氩气组成的等离子体,通过等离子体刻蚀工艺在真空腔内对碳化硅晶圆片表面进行刻蚀,清除晶圆片表面氧化层。 [0036] 该步骤旨在清除晶圆片表面原生或残留的均匀性较差的氧化层,如示意图2所示。 [0037] 具体过程如下:将等离子体真空腔抽真空至10‑3Pa,然后开始通氩气,并保持5分钟,彻底清除工艺腔中的杂质粒子,维持工艺腔的清洁度。然后通CF4工艺气体,并通电起弧形成等离子体轰击碳化硅晶圆片表面的氧化层。计算好轰击时间,确保表面氧化层可以去除干净。 [0038] 步骤(2)在真空腔中通氧气和硅烷组成的等离子体通过化学气相沉积工艺在晶圆片表面沉积一层氧化硅膜。 [0039] 具体过程如下:待碳化硅晶圆片表面的氧化层去除干净后,停止通CF4工艺气体,保持通氩气十分钟,清除残留的CF4,硅离子,氧离子等杂质粒子。然后通硅烷和笑气,并通电起弧产生等离子体,生成硅离子和氧离子,并结合而成二氧化硅沉积在表面干净的碳化硅晶圆片表面,如示意图3所示。 [0040] 步骤(3)将含有氧化硅膜的碳化硅晶圆片放置于高温氧化炉中进行高温氧化。 [0041] 由于经步骤(2)后,碳化硅晶圆片表面覆盖有一层致密的氧化硅薄膜,可以阻止其在空气中进一步氧化,保护晶圆片的表面质量。如此,在将碳化硅晶圆片置于高温氧化炉后,也不会因为底层自带氧化层的问题而引起最终氧化层(如图4中的a)不均匀,进而影响产品性能。 [0042] 实施例二 [0043] 与实施例一区别的是,实施例二选择采用三氟甲烷(CHF3)作为刻蚀气体,氩气作为载气。 [0044] 当反应室中通CHF3,在辉光放电下发生化学反应如下: [0045] CHF3+e→CHF2++F(游离基)+2e [0046] 生成的F原子到达二氧化硅表面后发生反应: [0047] SiO2+4F→SiF4↑+O2↑ [0049] 实施例三 [0050] 与实施例一区别,实施例三选择氢气作为采用四氟化碳进行刻蚀时的载气。 [0051] 上述三方案相比,实施例一方案刻蚀速度更快,而且质量好。 [0052] 对于沉积气体SIH4、N2O,原则上能提供硅原子和氧原子的气体都可以尝试,主要看沉积效率和沉积薄膜质量。 |