一种碳化硅斜角台面刻蚀方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是条宽损失可控的斜角台面形成方法，具体设及的是一种碳化娃斜 角台面刻蚀方法。
【背景技术】
[0002] 碳化娃（SiliconCarbide，简称SiC)作为一种宽禁带半导体材料，不但击穿电 场强度高、热稳定性好、还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，在高溫、高频、大 功率器件和集成电路制作领域有着广阔的应用前景。其物理特性与Si材料的比较如下表1 所示，SiC的禁带宽度是常规半导体Si材料的=倍，因此具有很高的临界移位能，运使它具 有高的抗电磁波冲击和抗福射能力，SiC器件的抗中子能力至少是Si器件的4倍。SiC抗福 照的另一个诱人之处在于它的高溫特性和高的击穿电场，它的击穿电场几乎为Si和GaAs 的10倍。其次，SiC的高击穿电场使其器件设计时，器件的漂移区或基区也不必太长，电阻 率不必选择太高，通态比电阻会大大降低。与Si基器件相比，实现相同阻断能力的情况下 阻断区仅为Si基器件的1/10,而更薄的阻断区同样可W降低其正向导通电阻。另一方面， SiC材料3倍于Si的高热导率可W极大地降低冷却系统的复杂性与体积，也可W在高溫下 更长时间的稳定工作。
[0003] 表1SiC/Si材料物理特性表
在SiC微波及功率器件中，台面结构是肖特基二极管、PiN二极管、静态感应晶体管、结 型场效应晶体管等常用的结构，所W如何制作平滑的带正斜角且底部平滑的台面结构从而 优化电场集中效应是实现器件性能及可靠性的关键方法。
[0004] 在SiC器件制作中，实现台面结构的常用方法是：采用光刻方法形成台面图形，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禪合等离子体刻蚀工艺，通过调节功率高低和气体流量、腔 室气压等条件控制刻蚀得到不同高度和有一定睹峭度的台面。 阳0化]后续技术中引入了电介质刻蚀掩膜解决了金属掩膜形成碳化娃台面时出现的边 缘毛刺问题、底部因金属微瓣射出现的尖峰问题及高溫时易发生的金属离子污染等问题。
[0006]ToruHiyoshi在 2008 年的IE邸TransactionsOnElectronDevices上报道的 "Simulstion曰ndExperiments!StudyontheJunctionTerminationStructurefor 化曲-Voltage4H-SiCPiNDiodes"中描述了带斜角的台面结构对缓解功率器件的电场集 中效应有所缓解，能够有效地提升器件的反向击穿特性。该种方法通过引入湿法腐蚀从而 形成带斜角的电介质掩膜层，并W该掩膜层作为碳化娃的刻蚀掩膜采用干法刻蚀从而形成 带斜角的碳化娃台面结构。然而采用该种方法获得的台面结构由于采用了湿法腐蚀后的电 介质作为刻蚀掩膜，会带来条宽损失过大，另一方面，湿法腐蚀的引入会降低工艺的可控性 与重复性。一种碳化娃斜角台面刻蚀方法，解决了斜角台面条宽损失较大的问题，并且通过 形成机侧墙结构实现自对准工艺从而保证了碳化娃台面的注入，保证了台面底部区域表面 平滑。
【发明内容】
[0007] 本发明提出的是一种碳化娃斜角台面刻蚀方法，其目的是通过刻蚀掩膜的优化， 改善碳化娃斜角台面形成中条宽损失过大，提高表面平滑性和解决台面底部波浪问题。
[000引为了达到上述目的，本发明的技术方案为： 步骤一：在碳化娃样品上采用气相化学沉积设备沉积第一层刻蚀掩膜层； 步骤二：在第一层刻蚀掩膜层上涂覆光刻胶，通过光刻工艺形成台面的图形转移； 步骤=:光刻胶作为阻挡层，采用干法刻蚀第一层刻蚀掩膜层； 步骤四：去除光刻胶后在第一层刻蚀掩膜层的表面沉积第二层刻蚀掩膜层，采用气相 化学沉积设备沉积； 步骤五：通过刻蚀工艺进行无掩膜的整体刻蚀，去除表面大部分的第二层刻蚀掩膜层， 并在碳化娃样品的侧壁形成倾斜的侧墙结构； 步骤六：使用步骤五刻蚀后的第二层刻蚀掩膜层作为干法刻蚀掩膜层，采用干法刻蚀 对碳化娃样品进行干法刻蚀； 步骤屯：干法刻蚀完毕之后去除碳化娃样品表面的刻蚀掩膜层。
[0009] 步骤一中，所述碳化娃样品为4H-SiC材料，或3C-SiC材料，或細-SiC材料，碳化 娃样品的渗杂浓度：大于或等于lE14cm-3,且小于或等于lE19cm-3。
[0010] 步骤一中沉积第一层刻蚀掩膜层的方式包括化学气相沉积的方式和物理气相沉 积的方式，所述的第一层刻蚀掩膜层为二氧化娃或者氮氧化娃；所述第一层刻蚀掩膜层生 长时采用化学气相沉积的方式为增强型等离子体化学气相沉积PECVD，或电感禪合等离子 体化学气相沉积ICP-CVD，或常压化学气相沉积APCVD，或低压化学气相沉积LPCVD。生长多 层掩膜时掩膜材料是同质掩膜材料或是异质掩膜材料；生长的第一层刻蚀掩膜层的厚度为 0.Ium至加m;生长的多层掩膜是不同工艺生长的；不同生长工艺是调整气相化学沉积设备 在生长时的不同参数，所述参数包括生长溫度、腔室压力、气体流量和设备功率。
[0011] 步骤二中，使用光刻胶作为电介质刻蚀掩膜；在碳化娃样品和刻蚀掩膜层上涂覆 六甲基二娃亚胺HMDS粘附剂，采用旋涂法或者蒸汽喷涂法，再涂覆光刻胶；采用旋涂法时， 光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶；光刻胶的厚度大于或等于0. 5um且小于或等于IOum; 光刻工艺包括：甩胶、前烘、曝光、显影和坚膜工艺，采用的光刻方式为接触式光刻、步进式 光刻或电子束光刻。
[0012] 步骤=中采用干法刻蚀第一层刻蚀掩膜层的工艺包括：进行干法刻蚀时，刻蚀气 体为碳的氣化物，如CFa或CHF3,流量：大于或等于IOsccm且小于或等于lOOsccm，反应腔 室压力：大于或等于ImTorr且小于或等于40mTorr，腔室内溫度设置为室溫，或者腔室内溫 度：大于或等于10°C且小于或等于100°C;所述干法刻蚀采用等离子刻蚀机实现，等离 子体刻蚀机的ICP功率为：50W《ICP功率《2500W，等离子刻蚀机的RF功率为：1W《RF 功率《300W。
[0013] 步骤=中，通过刻蚀，第一层刻蚀掩膜层自动停止于碳化娃表面，同时采用干法或 湿法将光刻胶去除干净。
[0014] 步骤四中所述第二层刻蚀掩膜层为氮氧化娃或者氮化娃，第二层刻蚀掩膜层厚度 为：大于或等于0.Ium,且小于或等于加m。
[0015] 步骤五中，通过刻蚀工艺进行无掩膜的整体刻蚀去除表面大部分的第二层刻蚀掩 膜层。然后，通过刻蚀，第二层刻蚀掩膜层自动停止于碳化娃表面，同时在侧壁形成倾斜的 侧墙结构。
[0016] 步骤六中刻蚀气体为采用含六氣化硫SFe的组合气体，流量：大于或等于IOsccm 且小于或等于300sccm，反应腔室压力：大于或等于ImTorr且小于或等于AOmTorr,腔室内 溫度设置为室溫，或者腔室内溫度范围：大于或等于10°C且小于或等于100°C;所述刻 蚀采用等离子刻蚀机实现，等离子体刻蚀机的ICP功率为：50W《ICP功率《2500W，等离子 刻蚀机的RF功率为：1W《RF功率《300W。
[0017] 步骤屯中是采用湿法腐蚀去除碳化娃样品表面的所有刻蚀掩膜层，湿法腐蚀使用 的酸性溶液采用的是：针对刻蚀掩膜层，配方为HF出2〇=1 :1~1 :10,腐蚀溫度为室溫；或 者采用缓冲氨氣酸，在溫度为40°C~80°C的水浴条件下进行腐蚀。
[001引与现有技术比，本发明达到的有益效果是： 通过本发明方法可W准确控制工艺过程中的条宽损失，提高工艺的重复性，且制备的 碳化娃微波与功率器件，可W减小器件边缘的电场集中，有效提高碳化娃功率器件的耐压， 增加器件在工作过程中的可靠性。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明提供的在需要被刻蚀的碳化娃样品表面沉积上第一层刻蚀掩膜后 的示意图； 图2为本发明提供的碳化娃/第一层刻蚀掩膜层样品上旋涂光刻胶后的示意图； 图3为本发明提供的样品经过光刻步骤后实现图形转移至光刻胶的示意图； 图4为本发明提供的干法刻蚀第一层刻蚀掩膜且去除表面光刻胶后的示意图； 图5为本发明提供的沉积第二层刻蚀掩膜后的示意图； 图6为本发明提供的干法刻蚀第二层刻蚀掩膜从而形成带斜角的侧墙结构的示意图； 图7为本发明提供的干法刻蚀完成碳化娃样品后的示意图； 图8为本发明提供的湿法腐蚀表面刻蚀掩膜后的示意图； 图9为本发明提供的是碳化娃斜角台面刻蚀方法的流程图。
[0020] 其中，附图标记为：100碳化娃样品衬底，200第一层刻蚀掩膜层，300光刻胶，400 第二层刻蚀掩膜层。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0022] 如图9所示，为本发明【具体实施方式】的实施步骤示意图，包括： 步骤一：在碳化娃样品上采用气相化学沉积设备沉积第一层刻蚀掩膜层； 步骤二：在掩膜层上涂覆光