本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料的處理方法，具體涉及一種碳化硅表面氧化膜的制備方法。

背景技術(shù)：

碳化硅材料具有寬帶隙，高擊穿場強(qiáng)，高熱導(dǎo)率，高飽和電子遷移速率，極好的物理化學(xué)穩(wěn)定性等特性，適用于高溫，高頻，大功率和極端環(huán)境下工作。碳化硅是唯一可以通過熱氧化生成SiO₂介質(zhì)層的寬帶隙半導(dǎo)體，使得碳化硅尤其適合制備各種MOS結(jié)構(gòu)器件。

然而，由于C的存在使得碳化硅的氧化機(jī)理較硅復(fù)雜的多，而且碳化硅/二氧化硅的界面態(tài)密度也遠(yuǎn)高于硅/二氧化硅界面，使得SiC MOSFET器件性能嚴(yán)重退化。研究表明C殘留是造成碳化硅/二氧化硅高界面態(tài)的原因之一，因此，需要提供一種技術(shù)方案來降低C殘留對界面態(tài)的影響，提高氧化膜質(zhì)量、獲得更好的碳化硅/二氧化硅界面和提高SiC MOSFET器件性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種碳化硅表面氧化膜的制備方法，通過在氧化膜形成前對碳化硅樣品表面進(jìn)行鈍化處理，以提高氧化膜質(zhì)量，獲得更好的碳化硅/二氧化硅界面。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種碳化硅表面氧化膜的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)清洗包括襯底(11)和外延薄膜(12)的碳化硅材料(10)；

2)對所述外延薄膜(12)的上表面進(jìn)行氧等離子體處理；

3)高溫下氫氣預(yù)處理步驟2)所得樣品(13)；

4)氧化步驟3)所得樣品(14)，得氧化膜(15)。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案，所述碳化硅材料(10)為n型或p型的4H-SiC或6H-SiC，所述外延薄膜(12)的厚度為0.1μm-500μm，其摻雜濃度為1×10¹³-1×10²¹cm^-3。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案，所述清洗的方法為RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗法等本技術(shù)領(lǐng)域人員熟知的各種清洗方法。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案，所述氧等離子體處理為本技術(shù)領(lǐng)域熟知的多種實(shí)現(xiàn)方法之一或任意組合，處理功率為10^-3～10⁵W，氣體流量為10^-3～10⁵sccm，處理時(shí)間為10^-2～10⁵min。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案，所述高溫下氫氣預(yù)處理的設(shè)備為箱式爐或管式爐。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第五優(yōu)選技術(shù)方案，所述高溫下氫氣預(yù)處理中對溫度和流速的分布進(jìn)行預(yù)定，所述溫度和/或流速為恒定分布或可變分布。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第六優(yōu)選技術(shù)方案，所述可變分布為單階梯或多階梯分布。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第七優(yōu)選技術(shù)方案，所述溫度分布梯度為30～2500℃，所述梯度上的維持時(shí)間為0.1～100000min，所述溫度變化速率為0.1℃/min～2000℃/min。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第八優(yōu)選技術(shù)方案，所述流速為10^-3sccm～10⁵sccm。

所述的碳化硅表面氧化膜的制備方法的第九優(yōu)選技術(shù)方案，所述氧化的方法為干氧、濕氧或N₂O中高溫氧化等。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1)本發(fā)明中氧化前的等離子體表面處理是通過清潔樣品表面和鈍化表面懸掛鍵，提高氧化薄膜質(zhì)量，達(dá)到減小氧化膜與碳化硅界面的界面態(tài)密度；

2)本發(fā)明所用氣體無毒害，無刺激性，不需要尾氣處理裝置；

3)本發(fā)明的工藝簡單、省時(shí)，適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

附圖說明

圖1：本發(fā)明方法的流程圖；

圖2：本發(fā)明的氧等離子體處理的示意圖；

圖3：本發(fā)明的高溫下氫氣預(yù)處理的示意圖；

圖4：本發(fā)明的氧化處理的示意圖；

其中：10碳化硅材料；11襯底；12外延薄膜；13氧等離子體處理所得樣品；14高溫下氫氣預(yù)處理所得樣品；15氧化膜；16氧化處理所得樣品。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明示例性的實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡要起見，實(shí)際的實(shí)施例并不局限于說明書中所描述的這些技術(shù)特征。然而，應(yīng)該理解的是，在改進(jìn)任何一個(gè)所述實(shí)際實(shí)施例的過程中，多個(gè)具體實(shí)施例的決定必須是能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)人員的特定目標(biāo)，例如，遵從行業(yè)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，所述限制隨著實(shí)施例的不同而變化。而且，應(yīng)該理解的是，前述改進(jìn)的效果即使是非常復(fù)雜和耗時(shí)的，但是這對于知曉本發(fā)明益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說仍然是常規(guī)技術(shù)手段。

實(shí)施例1

一種碳化硅表面氧化膜的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)清洗碳化硅材料10，該碳化硅材料10包括襯底11和外延薄膜12，所述碳化硅材料10中的襯底11為n型4H-SiC，厚度約為380μm，n型摻雜雜質(zhì)為氮(N)，摻雜濃度約為5×10¹⁸cm^-3；所述碳化硅材料10中的外延薄膜12為n型4H-SiC，厚度約為12μm，n型摻雜雜質(zhì)為氮(N)，摻雜濃度約為8×10¹⁵cm^-3；

采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗法對碳化硅材料10進(jìn)行清洗，具體清洗步驟如下：

(1)配制氫氟酸溶液(HF:H₂O＝1:10)；

(2)樣品支架清洗、吹干待用；

(3)取碳化硅樣品10放于支架上，按照順序放好；

(4)配3#液(硫酸：H₂O₂＝3:1)，硫酸最后加，同時(shí)另一容器煮水；

(5)用3#液煮洗，15min，加熱至250℃，拎起支架稍涼片刻；

(6)將支架放到熱水中，沖水；

(7)配制1#液(氨水：H₂O₂：H₂O＝1:1:5-1:1:7)，前兩者倒入熱水中，加熱75～85℃，時(shí)間10～20min(利用絡(luò)合作用去除重金屬雜質(zhì))，取出樣品支架，放入1#液，15min，取出放到熱水中，沖水；

(8)配制2#液(HCl：H₂O₂：H₂O＝1:1:5)前兩者倒入熱水中；

(9)取出硅片，放入2#液，15min，取出放熱水中，沖水；

(10)10％的氫氟酸時(shí)間5～10s，去除碳化硅樣品10表面氧化層；

(11)去離子水沖洗時(shí)間20min。

2)于外延薄膜12的上表面進(jìn)行氧等離子體處理得到樣品13，如圖2所示，處理功率為300W，O₂流量為300sccm，處理時(shí)間為5min。

3)對樣品13進(jìn)行高溫下氫氣(H₂)預(yù)處理，預(yù)先通入H₂，H₂流速為4000sccm，以10℃/min的升溫速率從室溫升高到800℃，維持時(shí)間為180min，以10℃/min的降溫速率降至室溫，獲得樣品14，如圖3所示。

4)對樣品14進(jìn)行常規(guī)氧化，所用氧化爐為管式氧化爐，以10℃/min的升溫速率從室溫升高到1100℃，通入N₂O氣體，氣體流量為4SLM，繼續(xù)以10℃/min的升溫速率升高到1300℃，維持3小時(shí)，停止通入N₂O，關(guān)掉氧化爐電源，降溫至室溫取出樣品16，測得氧化薄膜15的厚度約50nm。

實(shí)施例2

一種碳化硅表面氧化膜的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)清洗碳化硅材料10，該碳化硅材料10包括襯底11和外延薄膜12，所述碳化硅材料10中的襯底11為n型4H-SiC，厚度約為300μm，n型摻雜雜質(zhì)為氮(N)，摻雜濃度約為5×10²⁰cm^-3；所述碳化硅材料10中的外延薄膜12為n型4H-SiC，厚度約為15μm，n型摻雜雜質(zhì)為氮(N)，摻雜濃度約為8×10¹⁸cm^-3；

采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗法對碳化硅材料10進(jìn)行清洗，具體清洗步驟如下：

(1)配制氫氟酸溶液(HF:H₂O＝1:10)；

(2)樣品支架清洗、吹干待用；

(3)取碳化硅樣品10放于支架上，按照順序放好；

(4)配3#液(硫酸：H₂O₂＝3:1)，硫酸最后加，同時(shí)另一容器煮水；

(5)用3#液煮洗，15min，加熱至250℃，拎起支架稍涼片刻；

(6)將支架放到熱水中，沖水；

(7)配制1#液(氨水：H₂O₂：H₂O＝1:1:5-1:1:7)，前兩者倒入熱水中，加熱75～85℃，時(shí)間10～20min(利用絡(luò)合作用去除重金屬雜質(zhì))，取出樣品支架，放入1#液，15min，取出放到熱水中，沖水；

(8)配制2#液(HCl：H₂O₂：H₂O＝1:1:5)前兩者倒入熱水中；

(9)取出硅片，放入2#液，15min，取出放熱水中，沖水；

(10)10％的氫氟酸時(shí)間5～10s，去除碳化硅樣品10表面氧化層；

(11)去離子水沖洗時(shí)間20min。

2)于外延薄膜12的上表面進(jìn)行氧等離子體處理得到樣品13，如圖2所示，處理功率為500W，O₂流量為300sccm，處理時(shí)間為3min。

3)對樣品13進(jìn)行高溫下氫氣(H₂)預(yù)處理，預(yù)先通入H₂，H₂流速為4000sccm，以10℃/min的升溫速率從室溫升高到900℃，維持時(shí)間為120min，以10℃/min的降溫速率降至室溫，獲得樣品14，如圖3所示。

4)對樣品14進(jìn)行常規(guī)氧化，所用氧化爐為管式氧化爐，以10℃/min的升溫速率從室溫升高到1100℃，通入N₂O氣體，氣體流量為4SLM，繼續(xù)以10℃/min的升溫速率升高到1300℃，維持3小時(shí)，停止通入N₂O，關(guān)掉氧化爐電源，降溫至室溫取出樣品16，測得氧化薄膜15的厚度約50nm。

實(shí)施例3

一種碳化硅表面氧化膜的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)清洗碳化硅材料10，該碳化硅材料10包括襯底11和外延薄膜12，所述碳化硅材料10中的襯底11為n型6H-SiC，厚度約為450μm，n型摻雜雜質(zhì)為氮(N)，摻雜濃度約為5×10¹⁸cm^-3；所述碳化硅材料10中的外延薄膜12為n型6H-SiC，厚度約為15μm，n型摻雜雜質(zhì)為氮(N)，摻雜濃度約為8×10¹⁵cm^-3；

采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗法對碳化硅材料10進(jìn)行清洗，具體清洗步驟如下：

(1)配制氫氟酸溶液(HF:H₂O＝1:10)；

(2)樣品支架清洗、吹干待用；

(3)取碳化硅樣品10放于支架上，按照順序放好；

(4)配3#液(硫酸：H₂O₂＝3:1)，硫酸最后加，同時(shí)另一容器煮水；

(5)用3#液煮洗，15min，加熱至250℃，拎起支架稍涼片刻；

(6)將支架放到熱水中，沖水；

(7)配制1#液(氨水：H₂O₂：H₂O＝1:1:5-1:1:7)，前兩者倒入熱水中，加熱75～85℃，時(shí)間10～20min(利用絡(luò)合作用去除重金屬雜質(zhì))，取出樣品支架，放入1#液，15min，取出放到熱水中，沖水；

(8)配制2#液(HCl：H₂O₂：H₂O＝1:1:5)前兩者倒入熱水中；

(9)取出硅片，放入2#液，15min，取出放熱水中，沖水；

(10)10％的氫氟酸時(shí)間5～10s，去除碳化硅樣品10表面氧化層；

(11)去離子水沖洗時(shí)間20min。

2)于外延薄膜12的上表面進(jìn)行氧等離子體處理得到樣品13，如圖2所示，處理功率為350W，O₂流量為300sccm，處理時(shí)間為5min。

3)對樣品13進(jìn)行高溫下氫氣(H₂)預(yù)處理，預(yù)先通入氫氣(H₂)，H₂流速為5000sccm，以10℃/min的升溫速率從室溫升高到900℃，維持時(shí)間為150min，以10℃/min的降溫速率降至室溫，獲得樣品14，如圖3所示。

4)對樣品14進(jìn)行常規(guī)氧化，所用氧化爐為管式氧化爐，以10℃/min的升溫速率從室溫升高到1100℃，通入N₂O氣體，氣體流量為4SLM，繼續(xù)以10℃/min的升溫速率升高到 1300℃，維持3小時(shí)，停止通入N₂O，關(guān)掉氧化爐電源，降溫至室溫取出樣品16，測得氧化薄膜15的厚度約50nm。

至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其他的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實(shí)施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求所限定。