[发明专利]基于交流电压下微波等离子体的碳化硅氧化方法

说明书

一种基于交流电压下微波等离子体的碳化硅氧化方法，包括：步骤一、提供碳化硅衬底，将碳化硅衬底放置在微波等离子体发生装置中；步骤二、加入含氧气体，在交流电压下产生氧等离子体；步骤三、通过所述交流电压控制所述氧等离子体中的氧离子与电子的运动，在所述碳化硅衬底上生成预定厚度的氧化层，其中，碳化硅衬底电压为负时，氧离子靠近界面与碳化硅发生氧化反应，碳化硅衬底电压为正时，电子靠近界面与碳化硅发生还原反应，将碳残留去除；步骤四、停止通入含氧气体，反应结束。本发明可以实现对碳化硅氧化层的实时修复，有效减小碳残留，改善界面质量，减小氧化层中的缺陷中心对载流子的散射作用。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于交流电压下微波等离子体的碳化硅氧化方法。

背景技术

碳化硅(SiC)属于第三代半导体材料，由于其优异的物理性能如：禁带宽度大、击穿电场高、电子迁移率大、热导率高，使得其特别适合制备电力电子器件。而SiC MOSFETs是最受关注的电力电子器件，相比于Si MOSFETs，SiC MOSFETs导通损耗小、开关速度快，承受温度高，特别适用于功率开关应用。如何减小SiC MOSFETs栅氧处的缺陷，仍是当前的研究重点。

由于SiC能够热生长SiO₂的化合物半导体，使得其可以制备类似Si MOS的器件结构。然而，SiC的热氧需要比Si更高的温度，高达1300℃。当前，SiC热氧主要采用电阻加热方式的氧化炉，在高温下氧气分子与SiC反应生成SiO₂，反应过程在热平衡条件下进行，导致界面质量退化如：界面碳簇残留，生成Si-O-C键、C的悬挂键和氧空位等缺陷，如图1所示。碳簇的存在会在界面处形成缺陷中心，降低载流子的迁移率，SiCMOSFETs器件的输出性能。另外，高温氧化还会造成界面损伤，降低氧化效率。

因此，高效、低界面态的栅氧工艺是保障SiC MOSFETs可靠工作的关键。近年，有人提出了在低温下利用等离子体氧化SiC的方法，改善了界面质量。然而该方法的氧化效率较低，获得厚栅氧时，氧化时间较长。另外，在氧化过程中，SiC和SiO₂的界面处，SiC和SiO₂仍会处于一种热力学平衡态，导致界面质量并不理想。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于交流电压下微波等离子体的碳化硅氧化方法，能够在氧化的过程中，实时修复界面，降低界面处碳残留，减小界面缺陷密度，提高半导体结构的性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于交流电压下微波等离子体的碳化硅氧化方法，包括：

步骤一、提供碳化硅衬底，将碳化硅衬底放置在微波等离子体发生装置中；

步骤二、加入含氧气体，在交流电压下产生氧等离子体；

步骤三、通过所述交流电压控制所述氧等离子体中的氧离子与电子的运动，在所述碳化硅衬底上生成预定厚度的氧化层，其中，碳化硅衬底电压为负时，氧离子靠近界面与碳化硅发生氧化反应，碳化硅衬底电压为正时，电子靠近界面与碳化硅发生还原反应，将碳残留去除；

步骤四、停止通入含氧气体，反应结束。

优选地，所述交流电压为方波电压，周期为10-30s，电压幅值为5-10V。

优选地，氧等离子体与碳化硅的反应温度为500-900℃，反应压力为400-1000mTorr。

优选地，氧等离子体以0.5-2℃/s的速度升温到反应温度。

优选地，所述微波等离子体发生装置的输入功率为800-2000W，微波频率为2.4-2.5GHz。

优选地，等离子放电时间为400-1000s。