专利名称：一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法
技术领域：
本发明涉及的一种半导体器件的制造方法，具体涉及的是一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法。
背景技术：
碳化硅(SiC)具有宽禁带宽度、高临界场强、高热导率、高载流子饱和速率等特性。SiC衬底上的SiC外延是制造高温、高频、大功率等器件最重要的半导体材料，它具有超强的性能和广阔的应用前景。在SiC微波器件中，肖特基栅凹槽结构是金属场效应晶体管常用的提高器件性能的结构。由于肖特基栅金属与碳化硅之间的接触好坏直接影响器件的直流及微波性能，所以如何制作平滑的、低损伤层的栅凹槽底部从而便于形成覆盖及接触良好的栅肖特基金属是提高器件性能及可靠性的关键点。 在SiC器件制作中，制作凹槽的常用方法是采用光刻方法形成凹槽图形，然后再采用大面积电子束垂直蒸发Ni、Al等金属掩膜层，通过湿法剥离工艺形成台面金属掩膜，采用反应离子刻蚀或者感应耦合等离子体刻蚀工艺，通过调节功率高低和气体流量、腔压等条件控制刻蚀得到凹槽。但是，当前的这种工艺会使凹槽底部和边缘出现毛刺、金属污染等问题，后期形成的肖特基栅与碳化硅之间的接触会因此受到严重影响。而且由于碳化硅材料的化学稳定性很好，其只能在高温下才能熔于磷酸或碱性溶液，腐蚀速率慢，无法简易地采用湿法工艺进行处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法。为实现本上述发明目的，本发明可采用的技术方案是—种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，该方法包括以下步骤A :步骤Al、采用第一种干法刻蚀方法对碳化硅外延层进行表面处理；步骤A2、在所述碳化硅外延层的表面涂覆第一光刻胶层；步骤A3、对所述第一光刻胶层进行光刻处理，露出栅凹槽光刻图形；步骤A4、以所述第一光刻胶层作为阻挡层，采用第二种干法刻蚀方法刻蚀碳化硅外延层以形成栅凹槽；所述第二种干法刻蚀方法采用三氟化氮作为刻蚀气体；步骤A5、去除所述第一光刻胶层；步骤A6、清洗碳化娃半导体；步骤A7、对所述碳化硅外延层的表面进行高温氧化处理以形成牺牲氧化层；步骤AS、去除所述牺牲氧化层；步骤A9、在所述碳化硅外延层的表面涂覆第二光刻胶层；步骤A10、对所述第二光刻胶层进行光刻工艺处理，以露出肖特基栅区域；
步骤All、处理位于所述肖特基栅区域的碳化硅外延层；步骤A12、蒸发肖特基金属，以形成肖特基金属层；步骤A13、去除所述第二光刻胶层及位于所述第二光刻胶层上的肖特基金属层，形成肖特基金属与所述碳化硅外延层接触的肖特基栅。优选地,在所述步骤A4中，刻蚀气体的流量为IOsccm 80sccm ;反应时腔体的压力为O. 6Pa I. 2Pa ;刻蚀时，采用循环水冷却控制底板温度；刻蚀时上电极功率为150W 350W，下电极功率为IOW 30W ;刻蚀速率为10nm/min 50nm/min ;光刻胶与碳化硅的刻蚀比为I :0· I O. 5。优选地，在所述步骤A7中，高温氧化是在氧气氛围中，于100(ri200°C下高温干氧氧化f 3小时，升降温时间为30 60分钟，把表面损伤的碳化硅层通过高温形成可以去除 的牺牲氧化层。优选地，在所述步骤Al中，所述第一种干法刻蚀方法的工艺条件为采用四氟化碳气体与氧气的混合气体；氧气与四氟化碳气体的流量比例为I :10 25 ;反应时腔体压力为O. 6Pa I. 2Pa ;刻蚀时底板温度采用循环水冷却控制；上电极的功率150W 350W，下电极的功率为IOW 30W。优选地，在所述步骤Al中，所述碳化硅外延层为在碳化硅衬底上生长的一层或者多层碳化硅薄膜；在所述步骤A2中，第一光刻胶层为正性光刻胶或负性光刻胶，所述第一光刻胶层的厚度为O. 9 μ m 3 μ m。优选地，在所述步骤A5中，采用湿法和/或干法工艺去除所述第一光刻胶层，其中湿法工艺去光刻胶的过程为采用丙酮作为处理液，在6(T100W的功率下超声2飞分钟，进行广5次；更换溶液，采用乙醇作为处理液，在6(Tl00W的功率下超声2飞分钟，进行f 5次；用纯水过浴f 3次清洗后，在氮气加热的环境下，以150(Γ4500转每分钟的转速甩干；干法工艺为等离子体刻蚀打胶；优选地，在所述步骤Α6中，湿法定制程序的工艺条件和流程为将碳化硅半导体放在双氧水硫酸=1 :1 3的酸性混合溶液的环境中，将所述煮沸至双氧水挥发耗尽；取出碳化硅，待降温后，采用纯水过浴3 9次清洗后，在氮气加热的氛围下，以150(Γ4500转每分的转速甩干；用王水煮沸5 IOmin ;取出碳化娃半导体,采用纯水过浴3 9次清洗后，在氮气加热的氛围下，以150(Γ4500转每分钟的转速甩干。优选地，在所述步骤AS中，湿法腐蚀酸性溶液采用的是针对氧化层，配方为HF H2O=I 1 5，腐蚀温度为18 30摄氏度，腐蚀时间5 20分钟。优选地,在所述步骤Α9中，所述第二光刻胶层的厚度为O. 9 μ m I. 3 μ m,所述第二光刻胶层的光刻胶为正性光刻胶。优选地，在所述步骤All中，所述酸性溶液是盐酸与纯水的体积配比I :5 10的溶液，处理时间为O. 5 3分钟；在所述步骤A12中，所述肖特基金属为钛金属，蒸发方式为电子束蒸发，肖特基金属层厚度为30 80nm。优选地，在步骤A13中，采用剥离方法去除所述第二光刻胶层及位于其上的肖特基金属层，其工艺过程包括采用丙酮溶液浸泡至大面积金属出现脱落；更换丙酮溶液后，在80W 140W的条件下超声2飞分钟，进行3次，更换溶液，在乙醇溶液中，在80W 140W的条件下超声2飞分钟，进行f 3次；纯水过浴I飞次清洗，在氮气加热的氛围下，以1500^4500转每分钟的转速甩干。本发明的有益效果本发明采用NF3气体结合光刻胶对碳化硅进行栅凹槽刻蚀，有效的减少了刻蚀表面的碳残余物，从而获得光滑的刻蚀表面；其次，通过高温氧化的方法对轻损伤的碳化硅表面进行氧化处理，进一步减小了栅凹槽因刻蚀产生的损伤和粗糙，提高了肖特基栅金属与碳化硅之间接触的性能，也解决了金属掩膜的边缘毛刺、底部尖峰及高温时金属离子污染等问题；另外，通过光刻胶掩膜刻蚀栅凹槽保证了碳化硅栅凹槽底部区域表面平滑，增大了剥离工艺形成栅肖特基金属的工艺窗口，提高了肖特基栅金属与碳化硅的接触效果。
下面将结合附图及实施例对本发明减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法作进一步说明，附图中·图I是本发明减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法的流程图；图2是在碳化硅外延层上涂光刻胶后的示意图；图3是通过光刻工艺形成栅凹槽光刻图形的示意图；图4是光刻胶掩膜下干法刻蚀碳化硅外延层形成栅凹槽的示意图；图5是去除光刻胶后碳化硅外延层上栅凹槽的示意图；图6是碳化硅外延层上经高温氧化形成一层牺牲氧化层的示意图；图7是湿法腐蚀去除碳化硅外延层上的牺牲氧化层后的示意图；图8是形成栅凹槽后的碳化硅外延层上涂光刻胶后示意图；图9是采用光刻工艺露出肖特基栅区域的示意图；图10是电子束蒸发肖特基金属后的示意图；图11是剥离光刻胶后形成肖特基栅的示意图；图12是现有技术的肖特基栅的电镜照片；图13是本发明的肖特基栅一个实施例的电镜照片；图14是图13中的肖特基栅一个实施例的局部放大的电镜照片。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请的权利要求所限定的范围。在不脱离本发明的设计思想的范围内，本领域的技术人员可以对技术细节，例如工艺条件进行优化，这些优化应视为等同。结合图I的工艺流程图和图2 11的结构示意图及下面的实施例来描述本发明的方法。实施例I :工艺步骤Al，采用第一种干法刻蚀方法进行碳化硅半导体的碳化硅外延层2表面处理，去除表面的自然氧化层等物质。第一种干法刻蚀方法具体工艺为①采用了四氟化碳(CF4)气体与氧气(O2)的混合气体；②氧气(O2)与四氟化碳(CF4)气体的流量比例为I :10 ;③反应时腔体压力为O. 6Pa ;④干法刻蚀时底板温度为循环水冷却控制；⑤干法刻蚀时上电极功率150W，下电极功率为IOW ;碳化硅外延层2为碳化硅晶体，或碳化硅衬底I上生
长了一层或者多层碳化硅薄膜的外延层。工艺步骤A2，在碳化硅外延层2表面涂覆光刻胶3，光刻胶3为正性光刻胶或者负性光刻胶，光刻胶3厚度在O. 9um。如图2所示。工艺步骤A3，采用光刻工艺形成栅凹槽光刻图形4，光刻工艺包括常规的前烘、涂胶、曝光、显影、坚膜工艺，采用的曝光方法为手动式光刻、步进式光刻。如图3所示。工艺步骤A4，光刻胶3作为阻挡层，第二种干法刻蚀方法刻蚀碳化硅外延层2形成栅凹槽5。第二种条件干法刻蚀方法的工艺包括①采用了三氟化氮(NF3)气体； 气体流量为IOsccm ;③反应时腔体压力为O. 6Pa ;④干法刻蚀时底板温度为循环水冷却控制；⑤干法刻蚀时上电极功率150W，下电极功率为IOW 刻蚀采用光刻胶阻挡，速率在10nm/min ；⑦刻蚀光刻胶与碳化硅的刻蚀比在I :0. I。如图4所示。 工艺步骤A5，采用湿法结合干法工艺进行去光刻胶3，I)湿法去光刻胶3为采用丙酮在80W的功率下超声5分钟，进行2次；更换溶液，采用乙醇溶液在80W的功率下超声5分钟，进行I次，纯水过浴3次清洗后，在氮气加热的环境下以1500转每分钟的转速转动甩干；2)干法去光刻胶3为等离子体刻蚀(PE)打胶。如图5所示。工艺步骤A6，采用湿法定制程序清洗，I)双氧水硫酸=1 1的酸混合溶液煮沸至双氧水挥发耗尽；2)取出碳化硅半导体降温后，采用纯水过浴3次清洗后，氮气加热3千转高速转动甩干；3)王水煮沸5min ;4)取出碳化硅半导体，采用纯水过浴3次清洗后，在氮气加热的环境下以3千转每分的转速转动甩干。工艺步骤A7，进行碳化硅外延层表面高温氧化形成牺牲氧化层6，在氧气氛围中，1100°C高温干氧氧化2小时，升降温时间为30min。如图6所示。工艺步骤A8，使用酸性溶液去除氧化层，针对氧化层6，配方为HF =H2O=I :1，腐蚀温度室温，腐蚀时间5min。如图7所示。工艺步骤A9，在碳化硅外延层2表面涂覆边缘垂直性好的正性光刻胶7，厚度在
O.9um，栅凹槽5被边缘垂直性好的正性光刻胶7基本填平。如图8所示。工艺步骤A10，采用光刻工艺露出肖特基栅区域8，光刻工艺包括常规的前烘、涂胶、曝光、显影、坚膜工艺，采用的曝光方法为手动式光刻、步进式光刻。如图9所示。工艺步骤All，使用酸性溶液处理肖特基栅区域8碳化硅外延层2，酸性溶液盐酸与纯水的体积配比I :5的溶液，处理时间为O. 5min。工艺步骤A12，大面积蒸发肖特基金属9，肖特基金属采用Ti金属，厚度为30nm，采用电子束蒸发方式。如图10所示。工艺步骤A13，去除光刻胶掩膜层7及其上的金属层9，形成肖特基金属9与碳化硅外延层2良好接触的肖特基栅。去除光刻胶掩膜层7及其上的金属层9采用剥离方法去除，具体包括I)采用丙酮溶液浸泡至大面积金属出现脱落现象；2)更换丙酮溶液后，在80W的功率下，超声5分钟，进行2次；更换溶液，在乙醇溶液中，以80W的功率下超声5分钟，进行I次；用纯水过浴3次，清洗后，在氮气加热的环境下，以3千转每分钟的转速转动甩干；3)显微镜检查，肖特基金属图形边缘整齐，没有肖特基金属脱落现象，并且肖特基栅区域外大面积没有金属黏附现象。如图11、13-14所示。实施例2
工艺步骤Al，采用第一种干法刻蚀方法进行碳化硅半导体的碳化硅外延层2表面处理，去除表面的自然氧化层等物质。第一种干法刻蚀方法具体工艺为①采用了四氟化碳(CF4)气体与氧气(O2)的混合气体；②氧气(O2)与四氟化碳(CF4)气体的流量比例为I :15 ;③反应时腔体压力为O. SPa ;④干法刻蚀时底板温度为循环水冷却控制；⑤干法刻蚀时上电极功率220W，下电极功率为20W ;碳化硅外延层2为碳化硅半导体，或碳化硅衬底I上生长了一层或者多层碳化硅薄膜的外延层。工艺步骤A2，在碳化硅外延层2表面涂覆光刻胶3，光刻胶3为正性光刻胶或者负性光刻胶，光刻胶3厚度在I. 5um。工艺步骤A3，采用光刻工艺形成栅凹槽光刻图形4，光刻工艺包括常规的前烘、涂胶、曝光、显影、坚膜工艺，采用的曝光方法为手动式光刻、步进式光刻。工艺步骤A4，光刻胶3作为阻挡层，第二种干法刻蚀方法刻蚀碳化硅外延层2形成栅凹槽5。第二种条件干法刻蚀方法的工艺包括①采用了三氟化氮(NF3)气体； 气体流 量为30sCCm ;③反应时腔体压力为I. OPa ;④干法刻蚀时底板温度为循环水冷却控制；⑤干法刻蚀时上电极功率230W，下电极功率为20W 刻蚀采用光刻胶阻挡，速率在30nm/min ；⑦刻蚀光刻胶与碳化硅的刻蚀比在I :0. 3。工艺步骤A5，采用湿法结合干法工艺进行去光刻胶3，I)湿法去光刻胶3为采用丙酮，在100W的功率下超声3分钟，进行2次；更换溶液，采用乙醇，在60W的功率下超声5分钟，进行5次，用纯水过浴2次，清洗后，在氮气加热的环境下，以3千转每分钟的转速转动甩干；2)干法去除光刻胶3为等离子体刻蚀(PE)打胶。工艺步骤A6，采用湿法定制程序清洗，I)双氧水硫酸=1 2的酸混合溶液煮沸至双氧水挥发耗尽；2)取出碳化硅半导体降温后，采用纯水过浴7次清洗后，在氮气加热的环境中，以3千转每分钟的转速转动甩干；3)用王水煮沸Smin ；4)取出片子，采用纯水过浴6次清洗后，在氮气加热的环境中，以4千转每分钟的转速转动甩干。工艺步骤A7，进行碳化硅外延层表面高温氧化形成牺牲氧化层6，在氧气氛围中，1200°C高温干氧氧化I. 5小时，升降温时间为40min。工艺步骤A8，使用酸性溶液去除氧化层，针对氧化层6，配方为HF =H2O=I :2，腐蚀温度室温，腐蚀时间lOmin。工艺步骤A9，在碳化硅外延层2表面涂覆边缘垂直性好的正性光刻胶7，厚度在I. lum，栅凹槽5被边缘垂直性好的正性光刻胶7基本填平。工艺步骤A10，采用光刻工艺露出肖特基栅区域8，光刻工艺包括常规的前烘、涂胶、曝光、显影、坚膜工艺，采用的曝光方法为手动式光刻、步进式光刻。工艺步骤All，使用酸性溶液处理肖特基栅区域8碳化硅外延层2，酸性溶液盐酸与纯水的体积配比I :8的溶液，处理时间为lmin。工艺步骤A12，大面积蒸发肖特基金属9，肖特基金属采用Ti金属，厚度为40nm，采用电子束蒸发方式。工艺步骤A13，去除光刻胶掩膜层7及其上的金属层9，形成肖特基金属9与碳化硅外延层2良好接触的肖特基栅。去除光刻胶掩膜层7及其上的金属层9采用剥离方法去除，具体包括I)采用丙酮溶液浸泡至大面积金属出现脱落现象；2)更换丙酮溶液后，在IOOff的功率下超声5分钟，进行3次，更换溶液，采用乙醇溶液，在IlOW的功率下，超声5分钟，进行3次；纯水过浴3次清洗后，在氮气加热的环境中，以3500转每分钟的转速转动甩干；3)显微镜检查，肖特基金属图形边缘整齐，没有肖特基金属脱落现象，并且肖特基栅区域外大面积没有金属黏附现象。实施例3 工艺步骤Al，采用第一种干法刻蚀方法进行碳化硅半导体的碳化硅外延层2表面处理，去除表面的自然氧化层等物质。第一种干法刻蚀方法具体工艺为①采用了四氟化碳(CF4)气体与氧气(O2)的混合气体；②氧气(O2)与四氟化碳(CF4)气体的流量比例为I :20 ;③反应时腔体压力为I. OPa ;④干法刻蚀时底板温度为循环水冷却控制；⑤干法刻蚀时上电极功率260W，下电极功率为25W ;碳化硅外延层2为碳化硅半导体，或碳化硅衬底I上生长了一层或者多层碳化硅薄膜的外延层。工艺步骤A2，在碳化硅外延层2表面涂覆光刻胶3，光刻胶3为正性光刻胶或者负 性光刻胶，光刻胶3厚度在2. Oum。工艺步骤A3，采用光刻工艺形成栅凹槽光刻图形4，光刻工艺包括常规的前烘、涂胶、曝光、显影、坚膜工艺，采用的曝光方法为手动式光刻、步进式光刻。工艺步骤A4，光刻胶3作为阻挡层，第二种干法刻蚀方法刻蚀碳化硅外延层2形成栅凹槽5。第二种条件干法刻蚀方法的工艺包括①采用了三氟化氮(NF3)气体； 气体流量为50sCCm ;③反应时腔体压力为O. 9Pa ;④干法刻蚀时底板温度为循环水冷却控制；⑤干法刻蚀时上电极功率300W，下电极功率为25W 刻蚀采用光刻胶阻挡，速率在40nm/min ；⑦刻蚀光刻胶与碳化硅的刻蚀比在I :0. 4。工艺步骤A5，采用湿法结合干法工艺进行去光刻胶3，I)湿法去光刻胶3为采用丙酮溶液，在60W的功率下超声5分钟，进行3次；更换溶液，采用乙醇溶液，在80W的功率下超声5分钟，进行I次；经纯水过浴3次后，在氮气加热的环境下，以1500转每分钟的转速转动甩干；2)干法去光刻胶3为等离子体刻蚀(PE)打胶。工艺步骤A6，采用湿法定制程序清洗，I)双氧水硫酸=1 :2. 5的酸混合溶液煮沸至双氧水挥发耗尽；2)取出碳化硅半导体降温后，采用纯水过浴8次清洗后，在氮气加热的环境中，以1500转每分钟的转速转动甩干；3)用王水煮沸6min ;4)取出碳化娃半导体,采用纯水过浴8次清洗后，在氮气加热的环境中，以2000转每分钟的转速转动甩干。工艺步骤A7，进行碳化硅外延层表面高温氧化形成牺牲氧化层6，在氧气氛围中，1000°C高温干氧氧化3小时，升降温时间为50min。工艺步骤A8，使用酸性溶液去除氧化层，针对氧化层6，配方为HF =H2O=I :3，腐蚀温度室温，腐蚀时间15min。工艺步骤A9，在碳化硅外延层2表面涂覆边缘垂直性好的正性光刻胶7，厚度为
I.2um，栅凹槽5被边缘垂直性好的正性光刻胶7基本填平。工艺步骤A10，采用光刻工艺露出肖特基栅区域8，光刻工艺包括常规的前烘、涂胶、曝光、显影、坚膜工艺，采用的曝光方法为手动式光刻、步进式光刻。工艺步骤All，使用酸性溶液处理肖特基栅区域8碳化硅外延层2，酸性溶液盐酸与纯水的体积配比I :9的溶液，处理时间为2min。工艺步骤A12，大面积蒸发肖特基金属9，肖特基金属采用钛(Ti)金属，厚度为60nm,采用电子束蒸发方式。
工艺步骤A13，去除光刻胶掩膜层7及其上的金属层9，形成肖特基金属9与碳化硅外延层2良好接触的肖特基栅。去除光刻胶掩膜层7及其上的金属层9采用剥离方法去除，具体包括I)采用丙酮溶液浸泡至大面积金属出现脱落现象；2)更换丙酮溶液后，在120W的功率下超声5分钟，进行2次，更换溶液，用乙醇溶液，在120W的功率下超声5分钟，进行I次，经纯水过浴3次清洗后，在氮气加热的环境中，以4000转每分钟的转速转动甩干；3)显微镜检查，肖特基金属图形边缘整齐，没有肖特基金属脱落现象，并且肖特基栅区域外大面积没有金属黏附现象。实施例4 工艺步骤Al，采用第一种干法刻蚀方法进行碳化硅半导体的碳化硅外延层2表面处理，去除表面的自然氧化层等物质。第一种干法刻蚀方法具体工艺为①采用了四氟化碳(CF4)气体与氧气(O2)的混合气体；②氧气(O2)与四氟化碳(CF4)气体的流量比例为I :25 ;③反应时腔体压力为I. 2Pa ;④干法刻蚀时底板温度为循环水冷却控制；⑤干法刻蚀时上电极功率350W，下电极功率为30W ;碳化硅外延层2为碳化硅晶片，或碳化硅衬底I上生 长了一层或者多层碳化硅薄膜的外延层。工艺步骤A2，在碳化硅外延层2表面涂覆光刻胶3，光刻胶3为正性光刻胶或者负性光刻胶，光刻胶3厚度在3 μ m。工艺步骤A3，采用光刻工艺形成栅凹槽光刻图形4，光刻工艺包括常规的前烘、涂胶、曝光、显影、坚膜工艺，采用的曝光方法为手动式光刻、步进式光刻。工艺步骤A4，光刻胶3作为阻挡层，第二种干法刻蚀方法刻蚀碳化硅外延层2形成栅凹槽5。第二种条件干法刻蚀方法的工艺包括①采用了三氟化氮(NF3)气体； 气体流量为SOsccm ;③反应时腔体压力为I. 2Pa ;④干法刻蚀时底板温度为循环水冷却控制；⑤干法刻蚀时上电极功率350W，下电极功率为30W 刻蚀采用光刻胶阻挡，速率在50nm/min ；⑦刻蚀光刻胶与碳化硅的刻蚀比在I :0. 5。工艺步骤A5，采用湿法结合干法工艺进行去光刻胶3，I)湿法去光刻胶3 :采用丙酮80W超声5分钟，进行2次；更换溶液，采用乙醇溶液，在80W的功率下超声5分钟，进行I次，用纯水过浴3次清洗，在氮气加热的环境下，以3千转每分钟的转速转动甩干；2)干法去光刻胶3为等离子体刻蚀(PE)打胶。工艺步骤A6，采用湿法定制程序清洗，I)双氧水硫酸=1 3的酸混合溶液煮沸至双氧水挥发耗尽；2)取出碳化硅半导体降温后，采用纯水过浴9次清洗后，在氮气加热的环境下，以3千转每分钟的转速转动甩干；3)用王水煮沸IOmin ；4)取出碳化硅半导体，采用纯水过浴9次清洗后，氮气加热3千转高速转动甩干。工艺步骤A7，进行碳化硅外延层表面高温氧化形成牺牲氧化层6，在氧气氛围中，1100°C高温干氧氧化2小时，升降温时间为60min。工艺步骤A8，使用酸性溶液去除氧化层，针对氧化层6，配方为HF =H2O=I :1 5，腐蚀温度室温，腐蚀时间为20min。工艺步骤A9，在碳化硅外延层2表面涂覆边缘垂直性好的正性光刻胶7，厚度在O. 9um I. 3um，栅凹槽5被边缘垂直性好的正性光刻胶7基本填平。工艺步骤A10，采用光刻工艺露出肖特基栅区域8，光刻工艺包括常规的前烘、涂胶、曝光、显影、坚膜工艺，采用的曝光方法为手动式光刻、步进式光刻。
工艺步骤All，使用酸性溶液处理肖特基栅区域8碳化硅外延层2，酸性溶液盐酸与纯水的体积配比I :5 10的溶液,处理时间为3min。工艺步骤A12，大面积蒸发肖特基金属9，肖特基金属采用钛(Ti)金属，厚度为80nm,采用电子束蒸发方式。工艺步骤A13，去除光刻胶掩膜层7及其上的金属层9，形成肖特基金属9与碳化硅外延层2良好接触的肖特基栅。去除光刻胶掩膜层7及其上的金属层9采用剥离方法去除，具体包括I)采用丙酮溶液浸泡至大面积金属出现脱落现象；2)更换丙酮溶液后，在140W的功率下超声5分钟，进行2次，更换溶液，采用乙醇溶液，在140W的功率下超声5分钟，进行I次；用纯水过浴3次清洗，在氮气加热的环境下，以3千转每分钟的转速转动甩干；3)显微镜检查，肖特基金属图形边缘整齐，没有肖特基金属脱落现象，并且肖特基栅区域外大面积没有金属黏附现象。需要注意的是，图2至图11中，各层的厚度或两层之间的厚度比仅为示意性的，不能理解为限制本发明的结构关系。 结合图12至图14描述采用本发明的方法制造的碳化硅半导体。从图12中可见，凹槽的底部和边缘存在亮线，即现有技术制造的凹槽的底部和边缘可能有毛刺或金属污染现象。而图13中没有突出的亮线，说明采用本发明的方法制作的凹槽的底部和边缘没有出现毛刺或金属污染现象。进一步放大后如图14所示，图中也没有出现亮线，说明本发明的方法能够有效地避免凹槽底部出现毛刺现象。在不改变腔体压强、气体流量的条件下，通过降低刻蚀功率来降低刻蚀损伤。不同功率刻蚀后肖特基栅的理想因子(表征器件的可靠性的参数。正向偏置下，若少数载流子在p-n结中性区复合，则理想因子1，若载流子在空间电荷区复合，则理想因子为2。)测试结果表明，理想因子随着刻蚀功率的降低而减小，当刻蚀功率为30W时，理想因子为I. 5。而经过高温氧化碳化硅外延层损伤层再去除后，肖特基栅的理想因子降低到接近I. 1，有效的提高了肖特基栅特性，并且通过可靠性测试结果，肖特基栅的可靠性得到很大提升，微波测试时的栅稳定性得到提高，保证了微波特性的稳定。
权利要求
1.一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤A 步骤Al、采用第一种干法刻蚀方法对碳化硅外延层(2)进行表面处理； 步骤A2、在所述碳化硅外延层(2)的表面涂覆第一光刻胶层(3)； 步骤A3、对所述第一光刻胶层(3)进行光刻处理，露出栅凹槽光刻图形(4)； 步骤A4、以所述第一光刻胶层(3)作为阻挡层，采用第二种干法刻蚀方法刻蚀碳化硅外延层(2)以形成栅凹槽(5);所述第二种干法刻蚀方法采用三氟化氮作为刻蚀气体； 步骤A5、去除所述第一光刻胶层(3)； 步骤A6、清洗碳化娃半导体； 步骤A7、对所述碳化硅外延层(2)的表面进行高温氧化处理以形成牺牲氧化层(6)； 步骤AS、去除所述牺牲氧化层(6)； 步骤A9、在所述碳化硅外延层(2)的表面涂覆第二光刻胶层(7)； 步骤A10、对所述第二光刻胶层(7)进行光刻工艺处理，以露出肖特基栅区域(8)； 步骤All、处理位于所述肖特基栅区域(8)的碳化硅外延层(2)； 步骤Al2、蒸发肖特基金属，以形成肖特基金属层(9 ); 步骤A13、去除所述第二光刻胶层(7)及位于所述第二光刻胶层上的肖特基金属层(9 )，形成肖特基金属与所述碳化硅外延层接触的肖特基栅。
2.根据权利要求I所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是在所述步骤A4中，刻蚀气体的流量为IOsccm 80sccm ;反应时腔体的压力为O. 6Pa I. 2Pa ;刻蚀时，采用循环水冷却控制底板温度；刻蚀时上电极功率为150W 350W，下电极功率为IOW 30W ;刻蚀速率为10nm/min 50nm/min ;光刻胶与碳化硅的刻蚀比为I :0· I O. 5。
3.根据权利要求I或2所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是在所述步骤A7中，高温氧化是在氧气氛围中，于100(Tl20(rC下高温干氧氧化Γ3小时，升降温时间为30 60分钟，把表面损伤的碳化硅层通过高温形成可以去除的牺牲氧化层。
4.根据权利要求I或3所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是在所述步骤Al中，所述第一种干法刻蚀方法的工艺条件为采用四氟化碳气体与氧气的混合气体；氧气与四氟化碳气体的流量比例为I :10 25 ;反应时腔体压力为O.6Pa I. 2Pa ;刻蚀时底板温度采用循环水冷却控制；上电极的功率150W 350W，下电极的功率为IOW 30W。
5.根据权利要求I或3所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是在所述步骤Al中，所述碳化硅外延层(2)为在碳化硅衬底(I)上生长的一层或者多层碳化硅薄膜；在所述步骤A2中，第一光刻胶层(3)为正性光刻胶或负性光刻胶，所述第一光刻胶层(3)的厚度为O. 9 μ m 3 μ m。
6.根据权利要求I所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是 在所述步骤A5中，采用湿法和/或干法工艺去除所述第一光刻胶层，其中湿法工艺去光刻胶的过程为采用丙酮作为处理液，在6(T100W的功率下超声2飞分钟，进行I飞次；更换溶液，采用乙醇作为处理液，在6(Tl00W的功率下超声2飞分钟，进行I飞次；用纯水过浴广3次清洗后，在氮气加热的环境下，以150(Γ4500转每分钟的转速甩干；干法工艺为等离子体刻蚀打胶； 在所述步骤Α6中，湿法定制程序的工艺条件和流程为将碳化硅半导体放在双氧水硫酸=1 1 3的酸性混合溶液的环境中，将所述煮沸至双氧水挥发耗尽；取出碳化硅，待降温后，采用纯水过浴3 9次清洗后，在氮气加热的氛围下，以150(Γ4500转每分的转速甩干；用王水煮沸5 IOmin ;取出碳化硅半导体，采用纯水过浴3 9次清洗后，在氮气加热的氛围下，以150(Γ4500转每分钟的转速甩干。
7.根据权利要求I所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是在所述步骤Α8中，湿法腐蚀酸性溶液采用的是针对氧化层，配方为HF Η20=1 1 5，腐蚀温度为18 30摄氏度，腐蚀时间5 20分钟。
8.根据权利要求I所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是在所述步骤Α9中，所述第二光刻胶层的厚度为O. 9 μ m I. 3 μ m，所述第二光刻胶层的光刻胶为正性光刻胶。
9.根据权利要求I所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是在所述步骤All中，所述酸性溶液是盐酸与纯水的体积配比I :5 10的溶液，处理时间为O. 5 3分钟；在所述步骤A12中，所述肖特基金属为钛金属，蒸发方式为电子束蒸发，肖特基金属层厚度为30 80nm。
10.根据权利要求I所述的一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，其特征是在步骤A13中，采用剥离方法去除所述第二光刻胶层及位于其上的肖特基金属层，其工艺过程包括采用丙酮溶液浸泡至大面积金属出现脱落；更换丙酮溶液后，在80W 140W的条件下超声2飞分钟，进行f 3次，更换溶液，在乙醇溶液中，在80W 140W的条件下超声2飞分钟，进行f 3次；纯水过浴I飞次清洗，在氮气加热的氛围下，以150(Γ4500转每分钟的转速甩干。
全文摘要
本发明公开了一种减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法，该方法包括以第一光刻胶层(3)作为阻挡层，采用三氟化氮作为刻蚀气体刻蚀碳化硅外延层(2)以形成栅凹槽(5)；和对所述碳化硅外延层(2)的表面进行高温氧化处理以形成牺牲氧化层(6)并进一步去除所述牺牲氧化层(6)。本发明的减小碳化硅凹槽损伤提高肖特基栅可靠性的方法可以有效地减少刻蚀表面的碳残余物，从而获得光滑的刻蚀表面，并且通过高温氧化的方法对轻损伤的碳化硅表面进行氧化处理，进一步减小了栅凹槽因刻蚀产生的损伤和粗糙，提高了肖特基栅金属与碳化硅之间接触的性能。
文档编号H01L21/28GK102931067SQ201210424730
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者陈刚, 柏松, 李理 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所