控制SiC基體刻蝕的臺階形貌的方法
2023-10-17 06:35:44
專利名稱：控制SiC基體刻蝕的臺階形貌的方法
技術領域：
本發明屬於SiC半導體器件的製作，特別涉及一種控制SiC基體刻蝕的臺
階形貌的方法。
背景技術：
半導體的刻蝕既是半導體表面加工的一種方法，又是半導體器件製備工藝 中製作圖形的 一種關鍵手段。
在SiC基體的刻蝕中，由於其化學性質十分穩定，是已知最硬的物質之一、
耐高溫、耐磨，是一種較難刻蝕的材料。目前還未發現有哪種酸或鹼能夠在室
溫下對其起刻蝕作用，因此在SiC基體的加工工藝中常用幹法刻蝕。SiC基體的 千法刻蝕工藝一般為清洗SiC基體、澱積掩蔽層、光刻、刻蝕掩蔽層、幹法 刻蝕SiC基體，從而在SiC基體上形成一臺階形貌。採用該方法刻蝕的SiC基 體的臺階形貌的i皮度較陡直，所謂i皮度即由刻蝕所形成的側面與刻蝕窗口所在 平面之間的夾角。而在SiC器件的加工中，根據不同的需求，有時要求SiC基 體刻蝕的臺階形貌的Jt元變平緩，比如;九變小於45。，甚至為IO。左右。
為了控制SiC基體刻蝕的臺階形貌，目前常用的方法是控制SiC基體與掩 蔽層的刻蝕比，即控制需刻蝕的SiC基體與掩蔽層的厚度比。但是釆用上述方 法後，刻蝕的臺階形貌的坡度依然較陡直，且能夠調整的坡度範圍較窄，在45 。~90°之間進行調節，對於臺階形貌的坡度較平緩的情況，基本無法實現。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種能夠靈活控制SiC基體刻蝕的臺階 形貌的方法，突破靠單一控制SiC基體與掩蔽層的刻蝕比來控制臺階形貌，且
該方法能夠在較寬的範圍內調整臺階形貌的坡度，該方法是對傳統刻蝕工藝的
3補充和改造。
為解決上述問題，本發明所採取的技術方案中包括清洗SiC基體、澱積掩 蔽層、光刻、刻蝕掩蔽層、幹法刻蝕SiC基體，關鍵的改進是在刻蝕掩蔽層 的工序中控制掩蔽層刻蝕的臺階形貌與S iC基體刻蝕的臺階形貌一致。
控制掩蔽層刻蝕的臺階形貌的方法為
臺階形貌的;H陡直幹法刻蝕，
臺階形貌的坡度平緩溼法腐蝕。
同時還控制需刻蝕的SiC基片與掩蔽層的刻蝕比
臺階形貌陡直刻蝕比大於5，
臺階形貌平緩刻蝕比小於3，大於0。
臺階形貌陡直時，控制需刻蝕的SiC基片與掩蔽層的刻蝕比大於10。 澱積的掩蔽層為Si02或者Si3N4,掩蔽層可用溼法腐蝕或者幹法刻蝕。當採 用幹法刻蝕時，易形成坡度陡直的臺階形貌；當採用溼法腐蝕，由於腐蝕的各 向同性，在掩蔽層上易形成i^l平緩的臺階形貌，；iL;l一般小於45。。因此通過 溼法腐蝕或幹法刻蝕可靈活控制掩蔽層的臺階形貌，進而將掩蔽層的臺階形貌 複製到SiC基體上。
採用上述技術方案所產生的有益效果在於本發明改變了以往通過單一控 制SiC基體與掩蔽層的刻蝕比控制臺階形貌的方法，該方法可有效、靈活地控 制SiC基體刻蝕的臺階形貌，其i元變在5。 ~90°之間進行調整。
圖1~圖5是本發明形成SiC基體的臺階形貌的結構示意圖。
其中，1、需刻蝕的SiC基體；2、無需刻蝕的SiC基體；3、掩蔽層；4、 光刻膠；A、臺階形貌陡直的示意圖；B、臺階形貌平緩的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
實施例一1)清洗SiC基體
用體積比為5:1的質量濃度為98%的1^04與質量濃度為35%的11202混合溶液、 王水對SiC基體先後進行清洗，去除表面粘附的有機物和金屬雜質。再在體積 比為1: 5的質量濃度為47%的HF與H20的混合溶液中漂洗1分鐘，用去離子水 衝洗，烘乾，待用。
2 )澱積掩蔽層
採用PECVD,即等離子加強化學氣相沉積法，澱積掩蔽層3，其化學成分為 Si02，見圖1。
根據需刻蝕的SiC基體1的厚度12000A和刻蝕比6,確定需澱積的掩蔽層 3的厚度為不小於2000 A,通常考慮到工藝偏差，掩蔽層3的厚度應比根據刻 蝕比計算的厚一些，本例中為3000 A。
3 )光刻
按照傳統的光刻工藝流程氣相成底膜—旋轉塗光刻膠4 —軟烘去溶劑— 對準曝光—曝光後烘焙—顯影，即旋轉、噴霧、浸潤、DI、甩幹—堅膜烘焙— 顯影檢查。其中軟烘的條件90~100°C、 30s;曝光後烘焙的溫度100 ~ 110 °C;堅膜烘焙的溫度120~140°C。
光刻後，棵露出部分掩蔽層3，見圖2。
4) 幹法刻蝕掩蔽層
採用RIE，即反應離子刻蝕系統，對掩蔽層3進行幹法刻蝕，反應氣體為 CHF3/ 02，其中CHF3為30 sccm， 02為10sccm，反應腔壓力為5mTorr, RF功率 為400W。刻蝕速率約為300 A /分鐘。
去除光刻膠4，獲得的掩蔽層刻蝕的臺階形貌的坡度陡直，見圖4A。
5) 刻蝕SiC基體
採用等離子體幹法刻蝕需刻蝕的SiC基體l，刻蝕深度12000 A，離子源為 SF6。然後去除掩蔽層3，見圖5A， SiC基體的臺階形貌的坡度陡直，約為80° 。實施例二
1) 清洗SiC基體。
2) 澱積掩蔽層
釆用PECVD法澱積掩蔽層3000 A，掩蔽層的化學成分為Si02。
3) 光刻。
4 )採用RIE幹法刻蝕掩蔽層。 5) 幹法刻蝕SiC基體
採用等離子體幹法刻蝕需刻蝕的SiC基體，刻蝕深度為33000 A。獲得的 SiC基體的臺階形貌的坡度陡直，約為85° 。 實施例三
1) 清洗SiC基體。
2) 澱積掩蔽層
使用LPCVD法，即低壓化學氣相沉積法，澱積Si02 3500 A。 3 )光刻。
4) 溼法刻蝕掩蔽層
採用溼法腐蝕的方式刻蝕掩蔽層。溼法腐蝕採用氫氟酸緩衝溶液，其為體 積比7: 1的質量濃度40 %的NH4F與質量濃度49 %的HF混合溶液。
溼法刻蝕前常採用等離子體刻蝕技術去除掩蔽層的腐蝕窗口的表面可能殘 存的光刻膠，同時改變其表面的親、疏水狀態。因為Si02為親水態，光刻膠為 疏水態，而溼法腐蝕使用的氫氟酸緩衝溶液為親水態，雖然可能殘存的光刻膠 只有幾納米厚，但其疏水性對後續的溼法腐蝕會產生較大影響。釆用等離子體 轟擊殘留的光刻膠，可使光刻膠變性，變為親水態。在不過分腐蝕光刻膠的條 件下，轟擊時間越長，親水態改變越大，從而間接控制氫氟酸緩衝溶液在掩蔽 層3和光刻膠4界面的鑽蝕程度，得到不同坡度的臺階形貌，見圖3。
等離子體刻蝕技術去除表面可能殘存的光刻膠後，然後加入氫氟酸緩沖溶
6液腐蝕3分鐘、去離子水衝洗、烘乾。
去除光刻膠4，獲得的掩蔽層刻蝕的臺階形貌的坡度平緩，見圖4B。 5)幹法刻蝕SiC基體
用RIE刻蝕需刻蝕的SiC基體1,刻蝕厚度為3000 A,得SiC基體刻蝕的
臺階形貌的坡度平緩，約為14° 。 實施例四
1) 清洗SiC基體。
2) 澱積掩蔽層
使用LPCVD法，澱積掩蔽層3000 A ，掩蔽層的成分為Si02。
3) 光刻。
4) 溼法刻蝕掩蔽層
溼法刻蝕前常釆用等離子體刻蝕技術去除掩蔽層3的刻蝕窗口的表面可能 殘存的光刻膠，同時改變其片表面的親、疏水狀態，然後加入體積比7:1的質 量濃度40%NH4F與質量濃度49%HF混合溶液腐蝕3分鐘、去離子水沖洗、烘 幹。
去除光刻膠4，獲得的掩蔽層刻蝕的臺階形貌的坡度平緩，見圖4B。
5) 幹法刻蝕SiC基體
用RIE刻蝕需刻蝕的SiC基體l，刻蝕厚度為7000 A,得SiC基體刻蝕的 臺階形貌的坡度平緩，約為18° 。
權利要求
1、一種控制SiC基體刻蝕的臺階形貌的方法，包括清洗SiC基體、澱積掩蔽層、光刻、刻蝕掩蔽層、幹法刻蝕SiC基體，其特徵在於，在刻蝕掩蔽層的工序中控制掩蔽層刻蝕的臺階形貌與SiC基體刻蝕的臺階形貌一致。
2、 根據權利要求l所述的一種控制SiC基體刻蝕的臺階形貌的方法，其特徵 在於控制掩蔽層刻蝕的臺階形貌的工序為臺階形貌的坡度陡直幹法刻蝕， 臺階形貌的坡度平緩溼法腐蝕。
3、 根據權利要求l所述的一種控制SiC基體刻蝕的臺階形貌的方法，其特徵 在於還同時控制需刻蝕的SiC基體與掩蔽層的刻蝕比。
4、 根據權利要求3所述的一種控制SiC基體刻蝕的臺階形貌的方法，其特徵 在於控制需刻蝕的SiC基體與掩蔽層的刻蝕比為臺階形貌的;皮度陡直刻蝕比大於5， 臺階形貌的Jtt復平》爰刻蝕比小於3，大於0。
5、 根據權利要求4所述的一種控制SiC基體刻蝕的臺階形貌的方法，其特徵 在於臺階形貌陡直時，控制需刻蝕的SiC基體與掩蔽層的刻蝕比大於lO。
全文摘要
本發明公開了一種控制SiC基體刻蝕的臺階形貌的方法，應用在半導體的加工工藝中，該方法包括清洗SiC基體、澱積掩蔽層、光刻、刻蝕掩蔽層、幹法刻蝕SiC基體，關鍵的改進是在刻蝕掩蔽層的工序中控制掩蔽層刻蝕的臺階形貌與SiC基體刻蝕的臺階形貌一致。本發明改變了以往通過單一控制SiC基體與掩蔽層的刻蝕比控制臺階形貌的方法，該方法可有效、靈活地控制SiC基體刻蝕的臺階形貌，其坡度在5°～90°之間進行調整。
文檔編號H01L21/306GK101556919SQ20091007441
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月21日 優先權日2009年5月21日
發明者潘宏菽, 霍玉柱 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所