栅介质层的形成方法和半导体器件

    专利2026-09-04  2


    本公开涉及半导体,尤其涉及一种栅介质层的形成方法和半导体器件。


    背景技术:

    1、沟槽型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(mosfet)器件具有高元胞密度、低导通损耗和强开关性能的特点,广泛应用于开关目的和电子设备中电子信号的放大。其中,沟槽型金属-氧化物半导体场效应晶体管器件的栅介质层是影响器件性能的重要因素。

    2、在实现本公开的构思过程中,发明人发现,沟槽型mosfet器件的栅介质层存在无法同时实现厚度均匀和高质量的技术问题。


    技术实现思路

    1、鉴于上述问题,本公开提供了一种栅介质层的形成方法和半导体器件。

    2、根据本公开的第一个方面,提供了一种栅介质层的形成方法,包括:通过调节输入反应腔的微波的输入功率,使上述反应腔中含氧气体产生的等离子体处于起辉状态;

    3、加电氧化阶段:根据上述微波的输入功率、电场筛的电场强度和方向,控制上述反应腔中的沟槽型半导体衬底和上述等离子体在各方向上进行相同速度的氧化反应,得到中间栅介质层,其中,上述电场筛的电场为施加到上述反应腔的可调电场;

    4、断电修复阶段:停止对上述反应腔施加上述电场筛的电场和上述微波的输入功率,利用上述沟槽型半导体衬底加热的方式,对上述中间栅介质层进行含氧气体的原位退火处理,得到栅介质层。

    5、根据本公开的实施例,上述根据上述微波的输入功率、电场的强度和方向,控制上述反应腔中的沟槽型半导体衬底和上述等离子体在各方向上进行相同速度的氧化反应,得到中间栅介质层,包括:

    6、根据上述微波的输入功率,控制上述含氧气体激发产生的等离子体中带电粒子的种类和密度,得到与上述微波的输入功率对应的带电粒子的种类和密度;

    7、根据上述电场的强度、带电粒子的种类和密度,从上述带电粒子中确定目标带电粒子;

    8、根据上述电场的方向,确定上述目标带电粒子的定向移动的移动方向;

    9、根据上述目标带电粒子的移动方向,上述反应腔中的沟槽型半导体衬底和上述目标带电粒子在各方向上进行相同速度的氧化反应,得到中间栅介质层。

    10、根据本公开的实施例,上述停止对上述反应腔施加上述电场和上述微波的输入功率,利用上述沟槽型半导体衬底加热的方式,对上述中间栅介质层进行含氧气体的原位退火处理,得到栅介质层,包括:

    11、停止对上述反应腔施加上述电场和上述微波的输入功率,结束上述反应腔中的沟槽型半导体衬底和上述等离子体的氧化反应;

    12、利用真空泵,使上述反应腔的压强满足第一预设条件;

    13、在上述反应腔的压强满足第一预设条件的情况下,利用上述沟槽型半导体衬底加热的方式且加热温度满足第二预设条件,对上述中间栅介质层进行含氧气体的原位退火处理,得到栅介质层。

    14、根据本公开的实施例,上述加电氧化阶段和上述断电修复阶段是按照周期性交替进行的,以使上述栅介质层满足第三预设条件,得到满足上述第三预设条件的目标栅介质层。

    15、根据本公开的实施例,上述微波的输入功率的调节范围包括400w~2000w。

    16、根据本公开的实施例,上述第一预设条件对应的压强范围包括小于1pa。

    17、根据本公开的实施例,其中,上述第二预设条件对应的温度范围包括20℃~300℃。

    18、根据本公开的实施例,其中,上述电场的强度对应的电压的调节范围包括-200v~200v。

    19、根据本公开的实施例,上述产生上述等离子体的方法包括以下任意一种:直流放电等离子体、微波等离子体、电感耦合等离子体、激光等离子体;

    20、上述沟槽型半导体衬底的材料包括以下任意一种:碳化硅、硅、锗。

    21、本公开的第二方面提供了一种包括根据上述栅介质层的形成方法制备的栅介质层的半导体器件。

    22、根据本公开提供的栅介质层的形成方法和半导体器件,在反应腔中含氧气体产生的等离子体处于起辉状态,通过根据反应腔的微波输入功率、电场筛的电场强度和方向,对反应腔中的沟槽型半导体衬底和等离子体在各方向上进行相同速度的氧化反应,得到厚度均匀的中间栅介质层,并对中间栅介质层进行含氧气体的退火处理,得到致密性较高的栅介质层。因此,通过周期性交替进行加电氧化阶段和断电修复阶段,提高了栅介质层厚度的均匀性和栅介质层的致密性。



    技术特征:

    1.一种栅介质层的形成方法,包括:

    2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述根据所述微波的输入功率、电场的强度和方向,控制所述反应腔中的沟槽型半导体衬底和所述等离子体在各方向上进行相同速度的氧化反应,得到中间栅介质层,包括:

    3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述停止对所述反应腔施加所述电场和所述微波的输入功率,利用所述沟槽型半导体衬底加热的方式,对所述中间栅介质层进行含氧气体的原位退火处理,得到栅介质层,包括:

    4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述加电氧化阶段和所述断电修复阶段是按照周期性交替进行的,以使所述栅介质层满足第三预设条件,得到满足所述第三预设条件的目标栅介质层。

    5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述微波的输入功率的调节范围包括400w~2000w。

    6.根据权利要求3所述的方法,其中,所述第一预设条件对应的压强范围包括小于1pa。

    7.根据权利要求3所述的方法,其中,所述第二预设条件对应的温度范围包括20℃~300℃。

    8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述电场的强度对应的电压的调节范围包括-200v~200v。

    9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述产生所述等离子体的方法包括以下任意一种:直流放电等离子体、微波等离子体、电感耦合等离子体、激光等离子体;

    10.一种包括根据权利要求1~9任一项所述的方法制备的栅介质层的半导体器件。


    技术总结
    本公开提供了一种栅介质层的形成方法和半导体器件,可以应用于半导体技术领域。该栅介质层的形成方法包括:通过调节输入反应腔的微波的输入功率,使反应腔中含氧气体产生的等离子体处于起辉状态;加电氧化阶段:根据微波的输入功率、电场筛的电场强度和方向,控制反应腔中的沟槽型半导体衬底和等离子体在各方向上进行相同速度的氧化反应,得到中间栅介质层,其中,电场筛的电场为施加到反应腔的可调电场;断电修复阶段:停止对反应腔施加电场筛的电场和微波的输入功率,利用沟槽型半导体衬底加热的方式,对中间栅介质层进行含氧气体的原位退火处理,得到栅介质层。

    技术研发人员:尤楠楠,王盛凯,王嘉义,徐杨
    受保护的技术使用者:中国科学院微电子研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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