[發(fā)明專利]一種利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710480815.8
• 申請(qǐng)日: 2017-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN107275196A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程新紅;王謙;李靜杰;鄭理;沈玲燕;張棟梁;顧子悅;錢茹;俞躍輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01L21/033
• 分類號(hào): H01L21/033
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所31219
• 代理人: 唐棉棉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是涉及一種利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法。

背景技術(shù)

碳化硅(SiC)材料作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有高臨界擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速率等特點(diǎn)，在高溫、高頻、大功率、抗輻射等領(lǐng)域，尤其是高溫或強(qiáng)腐蝕性等惡劣環(huán)境中具有巨大的應(yīng)用潛力。

對(duì)于SiC柵槽結(jié)構(gòu)器件如UMOSFET、Trench Gate IGBT以及SiC MEMS器件三維結(jié)構(gòu)器件，刻蝕形貌、刻蝕損傷以及刻蝕表面殘留物等均對(duì)SiC器件的研制及性能有很大的影響。刻蝕碳化硅的主要困難在于碳化硅材料具有很高的機(jī)械硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。實(shí)際工藝證明，以往在Si器件中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)的且一直沿用至今的用酸堿溶液等進(jìn)行的濕法刻蝕已經(jīng)完全不能應(yīng)用于SiC器件的制造工藝之中，因此常采用的SiC刻蝕方法多為干法刻蝕。為了增大SiC器件的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、提高器件穩(wěn)定性并增大溝道遷移率，柵槽的刻蝕結(jié)果應(yīng)該包括高刻蝕速率、各向異性沒有微溝槽效應(yīng)、刻蝕表面光滑沒有殘留物。SiC刻蝕一般采用金屬作為掩膜保證高刻蝕選擇比，由于采用單層金屬作為掩膜，在金屬生長過程中與SiC襯底直接接觸，金屬元素向SiC發(fā)生擴(kuò)散造成元素污染。因此亟需一種能夠克服以上缺點(diǎn)的刻蝕SiC的方法。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中采用單層金屬作為掩膜會(huì)造成金屬元素污染SiC的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法，所述方法至少包括：

1)提供SiC外延片，在所述SiC外延片表面生長氧化物掩膜層；

2)在所述SiC外延片待刻蝕區(qū)域的所述氧化物掩膜層表面形成光刻膠層；

3)在所述氧化物掩膜層和所述光刻膠層表面形成金屬掩膜層；

4)去除所述光刻膠層以及所述光刻膠層表面的金屬掩膜層，形成刻蝕窗口；

5)通過所述刻蝕窗口刻蝕所述氧化物掩膜層和SiC外延片至所需深度；

6)去除剩余的所述金屬掩膜層和所述氧化物掩膜層，獲得SiC柵槽結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟1)中，在所述SiC外延片表面生長氧化物掩膜層之前，還包括對(duì)所述SiC外延片進(jìn)行清洗的步驟。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟1)中，通過原子層沉積技術(shù)在所述SiC外延片表面生長10～50nm的氧化物掩膜層。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述氧化物掩膜層為Al₂O₃，HfO₂或者La₂O₃。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟2)的具體過程為：首先在所述氧化物掩膜層整個(gè)表面涂覆光刻膠材料，然后依次進(jìn)行曝光、顯影和堅(jiān)膜步驟，將所述待刻蝕區(qū)域之外的光刻膠材料去除。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟3)中，通過電子束蒸發(fā)工藝在所述氧化物掩膜層和所述光刻膠層表面形成金屬掩膜層。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述金屬掩膜層材料為Ni、Cu或者Al。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述金屬掩膜層的厚度范圍為80～150nm。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟4)中，通過金屬剝離工藝去除所述光刻膠層以及所述光刻膠表面的金屬掩膜層，形成刻蝕窗口。

作為本發(fā)明利用金屬/氧化物雙層掩膜結(jié)構(gòu)刻蝕SiC的方法的一種優(yōu)化的方案，所述步驟5)中，采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝刻蝕所述氧化物掩膜層和SiC外延片至所需深度，采用的刻蝕氣體為SF₆與O₂的混合氣體，流量比(3～5):1，刻蝕氣體總流量為15～20sccm，刻蝕的壓強(qiáng)為1.5～2.5mtorr，溫度為25～60℃，源功率為600～750W，射頻功率為100～150W。