一種碳化硅斜角臺(tái)面刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及的是條寬損失可控的斜角臺(tái)面形成方法，具體設(shè)及的是一種碳化娃斜 角臺(tái)面刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化娃（SiliconCarbide，簡(jiǎn)稱(chēng)SiC)作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，不但擊穿電 場(chǎng)強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、還具有載流子飽和漂移速度高、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)，在高溫、高頻、大 功率器件和集成電路制作領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。其物理特性與Si材料的比較如下表1 所示，SiC的禁帶寬度是常規(guī)半導(dǎo)體Si材料的=倍，因此具有很高的臨界移位能，運(yùn)使它具 有高的抗電磁波沖擊和抗福射能力，SiC器件的抗中子能力至少是Si器件的4倍。SiC抗福 照的另一個(gè)誘人之處在于它的高溫特性和高的擊穿電場(chǎng)，它的擊穿電場(chǎng)幾乎為Si和GaAs 的10倍。其次，SiC的高擊穿電場(chǎng)使其器件設(shè)計(jì)時(shí)，器件的漂移區(qū)或基區(qū)也不必太長(zhǎng)，電阻 率不必選擇太高，通態(tài)比電阻會(huì)大大降低。與Si基器件相比，實(shí)現(xiàn)相同阻斷能力的情況下 阻斷區(qū)僅為Si基器件的1/10,而更薄的阻斷區(qū)同樣可W降低其正向?qū)娮琛Ａ硪环矫妫?SiC材料3倍于Si的高熱導(dǎo)率可W極大地降低冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜性與體積，也可W在高溫下 更長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定工作。
[0003] 表1SiC/Si材料物理特性表
在SiC微波及功率器件中，臺(tái)面結(jié)構(gòu)是肖特基二極管、PiN二極管、靜態(tài)感應(yīng)晶體管、結(jié) 型場(chǎng)效應(yīng)晶體管等常用的結(jié)構(gòu)，所W如何制作平滑的帶正斜角且底部平滑的臺(tái)面結(jié)構(gòu)從而 優(yōu)化電場(chǎng)集中效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)器件性能及可靠性的關(guān)鍵方法。
[0004] 在SiC器件制作中，實(shí)現(xiàn)臺(tái)面結(jié)構(gòu)的常用方法是：采用光刻方法形成臺(tái)面圖形，然 后再采用大面積電子束垂直蒸發(fā)Ni、Al等金屬掩膜層，通過(guò)濕法剝離工藝形成臺(tái)面金屬掩 膜，采用反應(yīng)離子刻蝕或者感應(yīng)禪合等離子體刻蝕工藝，通過(guò)調(diào)節(jié)功率高低和氣體流量、腔 室氣壓等條件控制刻蝕得到不同高度和有一定睹峭度的臺(tái)面。 陽(yáng)0化]后續(xù)技術(shù)中引入了電介質(zhì)刻蝕掩膜解決了金屬掩膜形成碳化娃臺(tái)面時(shí)出現(xiàn)的邊 緣毛刺問(wèn)題、底部因金屬微瓣射出現(xiàn)的尖峰問(wèn)題及高溫時(shí)易發(fā)生的金屬離子污染等問(wèn)題。
[0006]ToruHiyoshi在 2008 年的IE邸TransactionsOnElectronDevices上報(bào)道的 "Simulstion曰ndExperiments!StudyontheJunctionTerminationStructurefor 化曲-Voltage4H-SiCPiNDiodes"中描述了帶斜角的臺(tái)面結(jié)構(gòu)對(duì)緩解功率器件的電場(chǎng)集 中效應(yīng)有所緩解，能夠有效地提升器件的反向擊穿特性。該種方法通過(guò)引入濕法腐蝕從而 形成帶斜角的電介質(zhì)掩膜層，并W該掩膜層作為碳化娃的刻蝕掩膜采用干法刻蝕從而形成 帶斜角的碳化娃臺(tái)面結(jié)構(gòu)。然而采用該種方法獲得的臺(tái)面結(jié)構(gòu)由于采用了濕法腐蝕后的電 介質(zhì)作為刻蝕掩膜，會(huì)帶來(lái)?xiàng)l寬損失過(guò)大，另一方面，濕法腐蝕的引入會(huì)降低工藝的可控性 與重復(fù)性。一種碳化娃斜角臺(tái)面刻蝕方法，解決了斜角臺(tái)面條寬損失較大的問(wèn)題，并且通過(guò) 形成機(jī)側(cè)墻結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)工藝從而保證了碳化娃臺(tái)面的注入，保證了臺(tái)面底部區(qū)域表面 平滑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提出的是一種碳化娃斜角臺(tái)面刻蝕方法，其目的是通過(guò)刻蝕掩膜的優(yōu)化， 改善碳化娃斜角臺(tái)面形成中條寬損失過(guò)大，提高表面平滑性和解決臺(tái)面底部波浪問(wèn)題。
[000引為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為： 步驟一：在碳化娃樣品上采用氣相化學(xué)沉積設(shè)備沉積第一層刻蝕掩膜層； 步驟二：在第一層刻蝕掩膜層上涂覆光刻膠，通過(guò)光刻工藝形成臺(tái)面的圖形轉(zhuǎn)移； 步驟=:光刻膠作為阻擋層，采用干法刻蝕第一層刻蝕掩膜層； 步驟四：去除光刻膠后在第一層刻蝕掩膜層的表面沉積第二層刻蝕掩膜層，采用氣相 化學(xué)沉積設(shè)備沉積； 步驟五：通過(guò)刻蝕工藝進(jìn)行無(wú)掩膜的整體刻蝕，去除表面大部分的第二層刻蝕掩膜層， 并在碳化娃樣品的側(cè)壁形成傾斜的側(cè)墻結(jié)構(gòu)； 步驟六：使用步驟五刻蝕后的第二層刻蝕掩膜層作為干法刻蝕掩膜層，采用干法刻蝕 對(duì)碳化娃樣品進(jìn)行干法刻蝕； 步驟屯：干法刻蝕完畢之后去除碳化娃樣品表面的刻蝕掩膜層。
[0009] 步驟一中，所述碳化娃樣品為4H-SiC材料，或3C-SiC材料，或細(xì)-SiC材料，碳化 娃樣品的滲雜濃度：大于或等于lE14cm-3,且小于或等于lE19cm-3。
[0010] 步驟一中沉積第一層刻蝕掩膜層的方式包括化學(xué)氣相沉積的方式和物理氣相沉 積的方式，所述的第一層刻蝕掩膜層為二氧化娃或者氮氧化娃；所述第一層刻蝕掩膜層生 長(zhǎng)時(shí)采用化學(xué)氣相沉積的方式為增強(qiáng)型等離子體化學(xué)氣相沉積PECVD，或電感禪合等離子 體化學(xué)氣相沉積ICP-CVD，或常壓化學(xué)氣相沉積APCVD，或低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD。生長(zhǎng)多 層掩膜時(shí)掩膜材料是同質(zhì)掩膜材料或是異質(zhì)掩膜材料；生長(zhǎng)的第一層刻蝕掩膜層的厚度為 0.Ium至加m;生長(zhǎng)的多層掩膜是不同工藝生長(zhǎng)的；不同生長(zhǎng)工藝是調(diào)整氣相化學(xué)沉積設(shè)備 在生長(zhǎng)時(shí)的不同參數(shù)，所述參數(shù)包括生長(zhǎng)溫度、腔室壓力、氣體流量和設(shè)備功率。
[0011] 步驟二中，使用光刻膠作為電介質(zhì)刻蝕掩膜；在碳化娃樣品和刻蝕掩膜層上涂覆 六甲基二娃亞胺HMDS粘附劑，采用旋涂法或者蒸汽噴涂法，再涂覆光刻膠；采用旋涂法時(shí)， 光刻膠為正性光刻膠或負(fù)性光刻膠；光刻膠的厚度大于或等于0. 5um且小于或等于IOum; 光刻工藝包括：甩膠、前烘、曝光、顯影和堅(jiān)膜工藝，采用的光刻方式為接觸式光刻、步進(jìn)式 光刻或電子束光刻。
[0012] 步驟=中采用干法刻蝕第一層刻蝕掩膜層的工藝包括：進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，刻蝕氣 體為碳的氣化物，如CFa或CHF3,流量：大于或等于IOsccm且小于或等于lOOsccm，反應(yīng)腔 室壓力：大于或等于ImTorr且小于或等于40mTorr，腔室內(nèi)溫度設(shè)置為室溫，或者腔室內(nèi)溫 度：大于或等于10°C且小于或等于100°C;所述干法刻蝕采用等離子刻蝕機(jī)實(shí)現(xiàn)，等離 子體刻蝕機(jī)的ICP功率為：50W《ICP功率《2500W，等離子刻蝕機(jī)的RF功率為：1W《RF 功率《300W。
[0013] 步驟=中，通過(guò)刻蝕，第一層刻蝕掩膜層自動(dòng)停止于碳化娃表面，同時(shí)采用干法或 濕法將光刻膠去除干凈。
[0014] 步驟四中所述第二層刻蝕掩膜層為氮氧化娃或者氮化娃，第二層刻蝕掩膜層厚度 為：大于或等于0.Ium,且小于或等于加m。
[0015] 步驟五中，通過(guò)刻蝕工藝進(jìn)行無(wú)掩膜的整體刻蝕去除表面大部分的第二層刻蝕掩 膜層。然后，通過(guò)刻蝕，第二層刻蝕掩膜層自動(dòng)停止于碳化娃表面，同時(shí)在側(cè)壁形成傾斜的 側(cè)墻結(jié)構(gòu)。
[0016] 步驟六中刻蝕氣體為采用含六氣化硫SFe的組合氣體，流量：大于或等于IOsccm 且小于或等于300sccm，反應(yīng)腔室壓力：大于或等于ImTorr且小于或等于AOmTorr,腔室內(nèi) 溫度設(shè)置為室溫，或者腔室內(nèi)溫度范圍：大于或等于10°C且小于或等于100°C;所述刻 蝕采用等離子刻蝕機(jī)實(shí)現(xiàn)，等離子體刻蝕機(jī)的ICP功率為：50W《ICP功率《2500W，等離子 刻蝕機(jī)的RF功率為：1W《RF功率《300W。
[0017] 步驟屯中是采用濕法腐蝕去除碳化娃樣品表面的所有刻蝕掩膜層，濕法腐蝕使用 的酸性溶液采用的是：針對(duì)刻蝕掩膜層，配方為HF出2〇=1 :1~1 :10,腐蝕溫度為室溫；或 者采用緩沖氨氣酸，在溫度為40°C~80°C的水浴條件下進(jìn)行腐蝕。
[001引與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是： 通過(guò)本發(fā)明方法可W準(zhǔn)確控制工藝過(guò)程中的條寬損失，提高工藝的重復(fù)性，且制備的 碳化娃微波與功率器件，可W減小器件邊緣的電場(chǎng)集中，有效提高碳化娃功率器件的耐壓， 增加器件在工作過(guò)程中的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明提供的在需要被刻蝕的碳化娃樣品表面沉積上第一層刻蝕掩膜后 的示意圖； 圖2為本發(fā)明提供的碳化娃/第一層刻蝕掩膜層樣品上旋涂光刻膠后的示意圖； 圖3為本發(fā)明提供的樣品經(jīng)過(guò)光刻步驟后實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移至光刻膠的示意圖； 圖4為本發(fā)明提供的干法刻蝕第一層刻蝕掩膜且去除表面光刻膠后的示意圖； 圖5為本發(fā)明提供的沉積第二層刻蝕掩膜后的示意圖； 圖6為本發(fā)明提供的干法刻蝕第二層刻蝕掩膜從而形成帶斜角的側(cè)墻結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖7為本發(fā)明提供的干法刻蝕完成碳化娃樣品后的示意圖； 圖8為本發(fā)明提供的濕法腐蝕表面刻蝕掩膜后的示意圖； 圖9為本發(fā)明提供的是碳化娃斜角臺(tái)面刻蝕方法的流程圖。
[0020] 其中，附圖標(biāo)記為：100碳化娃樣品襯底，200第一層刻蝕掩膜層，300光刻膠，400 第二層刻蝕掩膜層。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 如圖9所示，為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的實(shí)施步驟示意圖，包括： 步驟一：在碳化娃樣品上采用氣相化學(xué)沉積設(shè)備沉積第一層刻蝕掩膜層； 步驟二：在掩膜層上涂覆光