一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法及相关设备技术

一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其包括以下步骤：对碳化硅外延片进行栅氧前清洗；在清洗后的碳化硅外延片上淀积掺磷氧化硅形成掺磷氧化层；在掺磷氧化层上淀积多晶硅层；对多晶硅层进行完全氧化获得栅氧化层。本发明专利技术通过优化后的清洗顺序保证了常规RCA清洗步骤的表面清洗效果，又避免了最后一步氢氟酸清洗导致的氟离子残留影响后续栅氧界面质量；通过在外延片上淀积掺磷氧化硅层可有效降低SiO2/SiC界面碳原子导致的缺陷，提高界面质量；通过高温热氧化的方式将多晶硅全部氧化成SiO2，采用700

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法及相关设备


[0001]本专利技术属于半导体制造领域，具体涉及一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法及相关设备。

技术介绍

[0002]碳化硅功率器件相比于硅基器件，拥有更高的击穿场强以及更优异的导热系数而备受关注，其中碳化硅栅控功率芯片如MOSFET、IGBT等因其功率密度高、开关速度快、热导率高等优势而逐渐受到关注。常规栅控器件的栅氧化层制备方法主要有碳化硅表面直接高温热氧化的形式生成及直接化学气相沉积两种形式。与化学气相沉积CVD工艺方法相比，高温热氧化工艺可以在碳化硅表面形成更致密的二氧化硅。击穿电场方面，在SiC上热氧化生长的SiO2质量可以与Si上SiO2膜相当，但是，由于碳原子的存在，使得碳化硅热氧之后表面会有碳原子残留，SiC/SiO2界面处存在较高的界面态密度，导致载流子被俘获或散射，从而降低SiC栅控芯片的沟道迁移率，严重影响SiC栅控器件的负载(导通电流)能力、耐压能力、高频性能和可靠性等重要技术性能。
[0003]为改善碳化硅芯片栅氧化层界面特性，业界主流方法主要是氮化处理，即首先在碳化硅表面形成SiO2，在含氮的气体中，例如一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)和氨气(NH3)，进行氧化后氮化处理，氮化退火可以有效消除界面处的碳原子，但是氮化退火在导带边缘附近容易产生高浓度的快界面态，快界面态同样会限制沟道迁移率。另有报道MOSFET栅氧化层制备时使用N2O或NO直接进行氧化，此种方法会导致过多的N元素停留在SiO2中形成缺陷导致漏电通路。
[0004]因此，如何克服栅氧化层制备工艺存在的缺陷，在确保栅氧层可靠性和阈值电压稳定性的基础上提高沟道迁移率是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是在确保栅氧层可靠性和阈值电压稳定性的基础上提高沟道迁移率。
[0006]本专利技术的目的是采取下述技术方案来实现的：
[0007]一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其包括以下步骤：对碳化硅外延片进行栅氧前清洗；在清洗后的碳化硅外延片上淀积掺磷氧化硅形成掺磷氧化层；在掺磷氧化层上淀积多晶硅层；对多晶硅层进行完全氧化获得栅氧化层。
[0008]优选的，所述栅氧前清洗包括依次采用3号液、DHF、1号液和2号液对所述碳化硅外延片进行清洗。
[0009]优选的，所述掺磷氧化层的厚度为5
‑
20nm。
[0010]优选的，所述掺磷氧化层的磷掺杂浓度范围为2
‑
6％。
[0011]优选的，所述多晶硅层的厚度为10
‑
30nm。
[0012]优选的，所述在清洗后的碳化硅外延片上淀积掺磷氧化硅形成掺磷氧化层包括：
抽真空，保持工艺温度300℃，通入SiH4、N2O、PH3气体，流量控制在200
‑
500sccm，持续时间2
‑
5min分钟，形成掺磷氧化层。
[0013]优选的，所述在掺磷氧化层上淀积多晶硅层包括：抽真空，将所述掺磷氧化层加热至400℃，通入H2与SiH4的混合气，气体流量50
‑
300sccm，保持SiH4浓度1％，持续15min分钟，在掺磷氧化层上形成多晶硅层。
[0014]优选的，所述对多晶硅层进行完全氧化包括：在氧化设备内将完成多晶硅淀积的碳化硅外延片加热至700
‑
950℃，通入O2直至多晶硅层完全氧化。
[0015]基于同一专利技术构思本专利技术还提供了一种生产设备，其特征在于，所述设备包括：一个或多个处理器；所述处理器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法。
[0016]基于同一专利技术构思本专利技术还提供了一种计算机可读存储设备，其特征在于，所述设备上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018]本专利技术公开一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其包括以下步骤：对碳化硅外延片进行栅氧前清洗；在清洗后的碳化硅外延片上淀积掺磷氧化硅形成掺磷氧化层；在掺磷氧化层上淀积多晶硅层；对多晶硅层进行完全氧化获得栅氧化层。本专利技术通过优化后的清洗顺序保证了常规RCA清洗步骤的表面清洗效果，又避免了最后一步氢氟酸清洗导致的氟离子残留影响后续栅氧界面质量；通过在外延片上淀积掺磷氧化硅层可有效降低SiO2/SiC界面碳原子导致的缺陷，提高界面质量和提高沟道迁移率；通过高温热氧化的方式将多晶硅全部氧化成SiO2，采用700
‑
950℃温度范围，可保证多晶氧化效率的同时，避免氧化过程中对碳化硅界面的影响，提高沟道迁移率，同时高温热氧化工艺为半导体产线常规工艺，无需引入新工艺，产线工艺兼容性好。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法的流程图；
[0020]图2为本专利技术掺磷氧化硅层的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术多晶硅层的结构示意图；
[0022]图4为本专利技术栅氧化层的结构示意图；
[0023]其中：21
‑
碳化硅外延片、22
‑
掺磷氧化硅层、23
‑
多晶硅层、24
‑
栅氧化层。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，以解决SiC栅控器件沟道迁移率低、栅氧层可靠性差的问题，同时避免引入特殊工艺，实现常规产线的工艺兼容，整体工艺简单高效。
[0025]如整个说明书中所使用的，下述缩写具有如下含义，除非文中明显另有所指：min＝分钟；s＝秒；℃＝摄氏度；Gpa＝千兆帕斯卡；mbar是压力单位毫巴；g＝克；mg＝毫克；L＝升；m＝米；A＝安培；cm＝厘米；um＝微米；nm＝纳米；mm＝毫米；M＝摩尔/L；DHF为“Dilute HydroFluoric acid”的英语缩略词，中文为“稀释氢氟酸”；SiO2为二氧化硅；SiC为碳化硅；
RCA的英文全称是Radio Corporation Of America是一家美国公司，本文中的RCA清洗是指该公司首创的一种用于硅晶圆清洗的方法；CVD是chemical vapor deposition的缩写，中文为化学气相沉积法；PECVD的全称是Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，中文含义是等离子体增强化学气相沉积法；LPCVD为Low Pressure Chemical Vapor Deposition，中文为低压力化学气相沉积法；APCVD英文全称为Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition，其中文含义为常压化学气相沉积法；MOSFET是Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对碳化硅外延片进行栅氧前清洗；在清洗后的碳化硅外延片上淀积掺磷氧化硅形成掺磷氧化层；在掺磷氧化层上淀积多晶硅层；对多晶硅层进行完全氧化获得栅氧化层。2.如权利要求1所述的一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其特征在于，所述栅氧前清洗包括依次采用3号液、DHF、1号液和2号液对所述碳化硅外延片进行清洗。3.如权利要求1所述的一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其特征在于，所述掺磷氧化层的厚度为5
‑
20nm。4.如权利要求1所述的一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其特征在于，所述掺磷氧化层的P掺杂浓度范围为2
‑
6％。5.如权利要求1所述的一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其特征在于，所述多晶硅层的厚度为10
‑
30nm。6.如权利要求1所述的一种碳化硅芯片栅氧化层制备方法，其特征在于，所述在清洗后的碳化硅外延片上淀积掺磷氧化硅形成掺磷氧化层包括：抽真空，保持工艺温度300℃，通入SiH4、N2O、PH3气体，流量控制在200
‑
500sccm，持...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱涛，李玲，张红丹，魏晓光，金锐，赵立强，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：