一種碳化硅斜角臺面刻蝕方法
【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面形成方法，具體設(shè)及的是一種碳化娃斜 角臺面刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化娃（SiliconCarbide，簡稱SiC)作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，不但擊穿電 場強度高、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，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 照的另一個誘人之處在于它的高溫特性和高的擊穿電場，它的擊穿電場幾乎為Si和GaAs 的10倍。其次，SiC的高擊穿電場使其器件設(shè)計時，器件的漂移區(qū)或基區(qū)也不必太長，電阻 率不必選擇太高，通態(tài)比電阻會大大降低。與Si基器件相比，實現(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?。另一方面?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 更長時間的穩(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面結(jié)構(gòu)從而 優(yōu)化電場集中效應(yīng)是實現(xiàn)器件性能及可靠性的關(guān)鍵方法。
[0004] 在SiC器件制作中，實現(xiàn)臺面結(jié)構(gòu)的常用方法是：采用光刻方法形成臺面圖形，然 后再采用大面積電子束垂直蒸發(fā)Ni、Al等金屬掩膜層，通過濕法剝離工藝形成臺面金屬掩 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面。 陽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面時出現(xiàn)的邊 緣毛刺問題、底部因金屬微瓣射出現(xiàn)的尖峰問題及高溫時易發(fā)生的金屬離子污染等問題。
[0006]ToruHiyoshi在 2008 年的IE邸TransactionsOnElectronDevices上報道的 "Simulstion曰ndExperiments!StudyontheJunctionTerminationStructurefor 化曲-Voltage4H-SiCPiNDiodes"中描述了帶斜角的臺面結(jié)構(gòu)對緩解功率器件的電場集 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 帶斜角的碳化娃臺面結(jié)構(gòu)。然而采用該種方法獲得的臺面結(jié)構(gòu)由于采用了濕法腐蝕后的電 介質(zhì)作為刻蝕掩膜，會帶來條寬損失過大，另一方面，濕法腐蝕的引入會降低工藝的可控性 與重復(fù)性。一種碳化娃斜角臺面刻蝕方法，解決了斜角臺面條寬損失較大的問題，并且通過 形成機側(cè)墻結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自對準工藝從而保證了碳化娃臺面的注入，保證了臺面底部區(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面刻蝕方法，其目的是通過刻蝕掩膜的優(yōu)化， 改善碳化娃斜角臺面形成中條寬損失過大，提高表面平滑性和解決臺面底部波浪問題。
[000引為了達到上述目的，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，通過光刻工藝形成臺面的圖形轉(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：通過刻蝕工藝進行無掩膜的整體刻蝕，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 對碳化娃樣品進行干法刻蝕； 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-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 長時采用化學(xué)氣相沉積的方式為增強型等離子體化學(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。生長多 層掩膜時掩膜材料是同質(zhì)掩膜材料或是異質(zhì)掩膜材料；生長的第一層刻蝕掩膜層的厚度為 0.Ium至加m;生長的多層掩膜是不同工藝生長的；不同生長工藝是調(diào)整氣相化學(xué)沉積設(shè)備 在生長時的不同參數(shù)，所述參數(shù)包括生長溫度、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， 光刻膠為正性光刻膠或負性光刻膠；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、顯影和堅膜工藝，采用的光刻方式為接觸式光刻、步進式 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：進行干法刻蝕時，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實現(xiàn)，等離 子體刻蝕機的ICP功率為：50W《ICP功率《2500W，等離子刻蝕機的RF功率為：1W《RF 功率《300W。
[0013] 步驟=中，通過刻蝕，第一層刻蝕掩膜層自動停止于碳化娃表面，同時采用干法或 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，通過刻蝕工藝進行無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，通過刻蝕，第二層刻蝕掩膜層自動停止于碳化娃表面，同時在側(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實現(xiàn)，等離子體刻蝕機的ICP功率為：50W《ICP功率《2500W，等離子 刻蝕機的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的水浴條件下進行腐蝕。
[001引與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達到的有益效果是： 通過本發(fā)明方法可W準確控制工藝過程中的條寬損失，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集中，有效提高碳化娃功率器件的耐壓， 增加器件在工作過程中的可靠性。
【附圖說明】
[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)過光刻步驟后實現(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面刻蝕方法的流程圖。
[0020] 其中，附圖標記為：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。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0022] 如圖9所示，為本發(fā)明【具體實施方式】的實施步驟示意圖，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