專利名稱：一種無損腐蝕碳化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅器件的制作方法，尤其是涉及一種碳化硅器件的無 損制作方法。
背景技術(shù)：
碳化硅(SiC)材料物理性質(zhì)和化學性質(zhì)穩(wěn)定，在常溫下與常見的腐蝕試劑不發(fā)生反應，沒有合適的濕法腐蝕工藝，因此，干法刻蝕工藝成為碳化硅器件 制備中常用的工藝。但是，由于刻蝕過程中等離子體必須要具有一定的能量才 能夠保證刻蝕速度，這勢必會對碳化硅材料造成的一定的損傷。半導體器件，如SiC MESFET (金屬半導體場效應晶體管)是柵控器件，溝道較短，對器件有 源區(qū)刻蝕要求非?？量?，經(jīng)過等離子體轟擊過的有源區(qū)表面將會形成晶格損傷， 并積聚大量靜電電荷，并對有源區(qū)產(chǎn)生耗盡，會導致器件飽和電流變小、肖特 基柵n值偏大、直流跨導減小、微波功率增益及效率大大降低等。圖1所示的 是用現(xiàn)有技術(shù)刻蝕的SiC器件的溝道表面富含靜電電荷并對SiC MESFET器件有 源區(qū)產(chǎn)生耗盡的示意圖。其中，l是器件的源電極，2是器件的漏電極，3是器 件的柵電極，4是等離子體轟擊后溝道表面耗盡的區(qū)域，5表示的是溝道表面富 含靜電電荷，6是器件的溝道層，7是器件的緩沖層，8是器件襯底，9是器件 的接觸層。硅(Si)器件可以被氧化，氧化可以生成高質(zhì)量的Si02層，其Si(h/Si界 面態(tài)密度很低，并且可重復性及均勻性都非常高，使得氧化工藝在大規(guī)j莫集成 電路中得到了廣泛的應用。與Si材料相似，SiC材料在高溫條件下也可以被氧 化?，F(xiàn)有氧化SiC的方法一般應用在去除干法刻蝕工藝帶來的材料表面損傷層， 即通過氧化犧牲SiC材料的辦法去除干法刻蝕工藝造成的材料表面損傷層，同
時對材料進行高溫退火，修復體內(nèi)損傷。氧化反應生成的Si02層也可以用來制 作鈍化層。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種通過氧化工藝來制作碳化硅器件的 方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是采用如下的制作工藝過程步驟1對碳化硅外延(或單晶片)進行清洗；步驟2 沉積大于IOOOA的耐高溫掩蔽層；步驟3 光刻，棵露出想刻蝕的SiC圖形；步驟4 選擇腐蝕掉耐高溫掩蔽層；步驟5 在800°C ~ 145(TC下氧化棵露出的SiC;步驟6 腐蝕掉氧化生成的Si02以及耐高溫掩蔽層；步驟7 清洗。本發(fā)明所用的材料具體可以是外延或單晶片是4H或6H的SiC基體的其 中一種。本發(fā)明的步驟2中的耐高溫掩蔽層是通過采用化學氣相沉積方法得到的Si3N4。由于釆用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進步是本發(fā)明利用SiC可以被氧化的特點，采用氧化的方法，形成臺面結(jié)構(gòu)，其 整個制備過程不引入增加材料損傷的工藝步驟，直接避免干法刻蝕給器件有源 區(qū)帶來的晶格損傷，并且減少表面態(tài)密度。這樣不僅解決了干法刻蝕時材料表 面損傷大的問題，同時可以減少腐蝕表面的表面態(tài)。本發(fā)明的方法是一種無損 傷的腐蝕SiC的方法，它能夠4艮好的克服現(xiàn)有工藝中由于等離子體轟擊而形成 晶格損傷，避免積聚大量靜電電荷，防止器件發(fā)生飽和電流變小、肖特基柵n 值偏大、直流跨導減小、微波功率增益及效率大大降低等許多缺陷。ShN"乍為
耐高溫掩蔽層，是通過采用化學氣相沉積方法得到的，Si3N4能耐高溫氧化氣氛 的腐蝕，很好的防止其覆蓋的碳化硅層發(fā)生氧化。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)刻蝕的SiC器件的溝道表面富含靜電電荷并對SiC MESFET 器件溝道產(chǎn)生耗盡的示意圖。其中，1、器件的源電極，2、器件的漏電極，3、器件的柵電極，4、等離 子體轟擊后溝道表面耗盡的區(qū)域，5、溝道表面富含靜電電荷，6、器件的溝道 層，7、器件的緩沖層，8、器件襯底，9、器件的接觸層。圖2到圖5為本發(fā)明的方法的基本工藝過程的示意圖。其中，11、 Si3N4， 12、 SiC外延或單晶片，13、氧化形成的Si02。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明 實施例1步驟1:外延(或單晶片)的清洗首先采用丙酮溶液超聲清洗5分鐘，用去離子水沖洗后放入50。C的氨水-H2O2-H2O的比例為1: 1: 6的溶液中超聲波清洗5分鐘，再次用去離子水沖凈， 然后放入HC1溶液-H2O2 - H20的比例為1: 1: 5的70°C鹽酸溶液中清洗5分鐘， 再次去離子水沖凈后放入HF溶液-H20的比例為1: 5的溶液中清洗3分鐘后取 出，最后用去離子水徹底沖洗后涼干。在工藝過程中，可采用多種清洗外延片的方，只要能保證外延片表面的 清潔，清洗方法可靈活多樣。步驟2:淀積耐高溫掩蔽層釆用化學氣相沉積的LPCVD方法在8 00 。C下淀積厚度為2 5 0OA的S i 3N4。 S i 3N4 在這里即作為耐高溫掩蔽層。淀積的Si3N4應致密，否則會在氧化中發(fā)生順著Si3N4的孔洞鉆蝕SiC的現(xiàn)象。
步驟3:光刻可根據(jù)需要選擇適當?shù)脑O(shè)備，將耐高溫掩蔽層Si3N4刻蝕掉，棵露出想刻蝕 的SiC圖形；耐高溫掩蔽層Si3N4可以采用濕法或干法腐蝕。圖2表示外延(或單晶片)的清洗后，淀積Si3N4，并進一步光刻、腐蝕Si3N4 后形成的表面形貌。其中l(wèi)l表示Si3N4， 12表示SiC外延片或單晶片。步驟4: SiC的氧化使用濕氧在1200。C下對SiC進行了氧化。圖3表示氧化后形成的形貌。其中l(wèi)l表示Si3N4， 12表示SiC外延或單晶 片，13表示氧化形成的Si02。步驟5: Si02和耐高溫掩蔽層的去除Si02和耐高溫掩蔽層Si3N4可以采用濕法或干法腐蝕，但優(yōu)先使用HF濕法 腐蝕去除Si02。圖4表示去掉Si02后形成的形貌，其中11表示Si3N4， 12表示去掉Si02 后剩余的SiC外延或單晶片。圖5表示去掉Si3N4后形成的臺面結(jié)構(gòu)形貌，即最后得到的外延或單晶片形 成的臺面結(jié)構(gòu)。步驟6:清洗再用去離子水對上述產(chǎn)品進行清洗。 實施例2本實施例與實施例1的不同之處在于步驟2中是采用PECVD在30(TC下淀 積了 2000A的Si3N4;步驟4中是使用濕氧對SiC進行氧化，氧化的溫度是IOOO。C。實施例3本實施例與實施例1的不同之處在于步驟2中采用Ni (鎳)作掩蔽層； 驟3中使用ICP設(shè)備對Ni掩蔽層進行干法腐蝕。 實施例4
本實施例與實施例1的不同之處在于步驟4中的氧化是在干氧氣氛中進行。
另外步驟4的氧化還可^干、濕氧混合的氣氛中進行。
權(quán)利要求
1、一種無損腐蝕碳化硅的方法，使用碳化硅的外延片或者單晶片的其中一種作為基片，其特征在于該方法包括如下工藝步驟步驟1基片的清洗，步驟2 沉積大于1000的耐高溫掩蔽層，步驟3 光刻，裸露出想刻蝕的SiC部分，步驟4 選擇腐蝕掉耐高溫掩蔽層，步驟5 在800℃～1450℃下對裸露出SiC圖形進行氧化，步驟6 腐蝕掉氧化生成的SiO2以及掩蔽層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無損腐蝕碳化硅的方法，其特征在于所述步 驟2中的耐高溫掩蔽層是通過采用化學氣相沉積方法得到的Si3N4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無損腐蝕碳化硅的方法。它應用于碳化硅(SiC)器件工藝制作領(lǐng)域。這種方法與通常SiC器件制作過程中使用的干法刻蝕和濕法腐蝕都不相同，它是通過對SiC晶片的選擇性氧化來形成器件需要的形貌。由于不會引入干法刻蝕方法帶來的損傷層，是一種真正意義上對SiC的無損傷腐蝕方法。主要工藝步驟包括在SiC晶片上淀積耐高溫掩蔽層，光刻，選擇腐蝕耐高溫掩蔽層，高溫氧化SiC晶片，去除反應生成物等。本發(fā)明的氧化的溫度800℃～1450℃。使用本發(fā)明的方法時，不會損傷材料，避免了晶格損傷，減少了表面態(tài)密度。
文檔編號C04B41/53GK101157569SQ20071013933
公開日2008年4月9日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者亮 李, 潘宏菽 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所