专利名称：一种台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法
技术领域：
本发明金属碳化硅刻蚀技术领域，尤其涉及采用光敏掩膜刻蚀碳化硅材料形成台阶的实时高度监控方法。
背景技术：
宽禁带半导体材料碳化硅(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，具有超强的性能和广阔的应用前景。在SiC器件中，各种需要精确控制的不同高度的台阶是各类晶体管工艺制作中常用的结构，所以如何在微米级线宽的台阶制作中实时监控台阶高度是实现器件高性能的关键工艺之一。在SiC台阶高度监控中的常用方法是:采用多步骤工艺形成台阶后，通过去除金属、介质、光刻胶等各类掩膜层，再进行台阶仪或者原子力显微镜进行台阶测试。但是这种工艺造成台阶无法实时监控，当掩膜去除后，发现台阶高度没有达到要求，则通过再次光刻微米级的线条时总会出现套准偏差，从而造成出现多个台阶影响器件性能。因此，在掩膜没有去除时就能够对刻蚀的台阶高度进行实时监控尤为重要，对于许多需要精确监控的台阶形成工艺中，台阶高度的实时监控保证了器件的性能，也在许多辅助关键工艺中，例如光刻标记的形成中，保证了工艺流程的完好实现。
发明内容
发明目的:针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种台阶高度实时监控的碳化娃光掩模刻蚀方法，解决了在微米级线宽的碳化娃台阶形成工艺中实时监控台阶刻蚀深度，保证在光刻掩膜没有去除的情况下，刻蚀图形能够通过监控达到预计台阶高度的要求。技术方案:为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:一种台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，包括以下步骤:
O首先，在碳化硅材料表面涂覆形成光敏掩膜层；
2)然后进行曝光，形成待刻蚀图形和多个独立的台阶高度监控图形；
3)接着通过显影去除对应位置的光敏掩膜层，露出所述待刻蚀图形和台阶高度监控图
形；
4)并对露出的图形区域进行干法刻蚀；
5)在其中一个台阶高度监控图形的外围区域，进行曝光和显影去除对应处的光敏掩膜层，从而形成比对区域；
6)采用台阶仪对比对区域内台阶高度监控图形刻蚀的台阶高度进行测量监控；
7)当台阶高度未达到工艺要求时，重复步骤4) 6)至到台阶高度符合工艺要求。对上述技术方案改进，碳化硅在涂覆光敏掩膜层前，先经过盐酸溶液清洗。
作为优选，所述碳化硅材料为碳化硅晶片、碳化硅衬底上生长了一层或多层碳化硅薄膜的外延片。作为优选，碳化硅表面涂覆光敏掩膜层的方法包括以下2个步骤:首先采用蒸汽喷涂法将粘附剂HMDS涂覆在碳化硅材料表面；然后将AZ系列光刻胶或光敏聚酰亚胺涂覆到粘附剂表面形成光敏掩膜层，且该光敏掩膜层厚度为0.9 μ m 6 μ m。作为优选,曝光操作时能量为200 700mJ/cm2,使用的光刻机为手动式光刻机或者步进式光刻机。作为优选,显影时间为0.5 2min ;显影液采用3038显影液或441显影液。作为优选，所述并对区域为方框形，面积为I 10 mm2，且台阶高度监控图形处于方框中心。作为优选，所述台阶仪为探针物理接触式。有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:利用台阶高度监控图形区域多次曝光不显影的方式，保证了干法刻蚀碳化硅时，台阶高度的实时监控和精确控制，有效的保证了器件性能的提高和工艺流程的进行。
图1为本发明所述碳化硅材料示意 图2为本发明所述涂覆有光敏掩膜层后的碳化硅材料的结构示意 图3为本发明所述经过曝光显影后待刻蚀图形和台阶高度监控图形的分布 图4为本发明所述台阶高度监控图形的结构示意 图5为本发明所述比对区 域经过曝光显影后的结构示意 图6为本发明所述碳化硅材料形成台阶高度刻蚀的结构示意图。其中，碳化硅材料1、光敏掩膜层2、台阶高度监控图形3、比对区域4、待刻蚀图形5。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一种台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，它具体步骤如下:
1、使用酸性溶液清洗碳化硅材料I;所述的酸性溶液用盐酸与纯水，其盐酸与纯水的重量配比为1:5 ;碳化娃材料I为碳化娃外延片；如图1所示
2、在碳化硅材料11上涂覆粘附剂、光敏掩膜层2;采用蒸汽喷涂法涂覆粘附剂HMDS ；光敏掩膜为AZ系列光刻胶7908，厚度为Ium ;如图2所示；
3、光刻曝光待刻蚀图形5;光刻曝光条件为能量280mJ/cm2，使用的光刻机为步进式光刻机;
4、光刻曝光台阶高度监控图形3;光刻曝光条件为能量280mJ/cm2，使用的光刻机为步进式光刻机；其中该台阶高度监控图形与待刻蚀图形的结构一致，这样能更好的反应待刻蚀图形的刻蚀状态。5、光刻显影去除对应的光敏掩膜层2，从而形成待刻蚀图形5及多个独立的台阶高度监控图形3 ;光刻显影时间为Imin ;显影液采用441显影液；如图3和4所示；
6、接着在台阶高度监控图形3外围区域再次进行曝光，形成方框形的比对区域4，且使台阶高度监控图形3处于该比对区域4的中心，其周围的光敏掩膜则因曝光而变色，但不影响干法刻蚀。曝光条件为能量700mJ/cm2，使用的光刻机为步进式光刻机；台阶高度监控图形3位于大方框中央，大方框的面积为IOmm2 ；
7、干法刻蚀碳化硅材料I;干法刻蚀采用的是反应离子刻蚀或者感应耦合等离子体方法，碳化硅材料I待刻蚀区域图形刻蚀的同时，台阶高度监控图形3区域也进行刻蚀； 8、通过光刻显影去除其中一个方框形比对区域4内已曝光的光敏掩膜，露出刻蚀过的台阶高度监控图形3 ;光刻显影时间为Imin ;显影液采用441显影液；如图5所示；
9、采用台阶仪对台阶高度监控图形3进行台阶高度监控；台阶高度为50nm 500nm；如图6所示；当带刻蚀图形的刻蚀高度不符合工艺要求时，重复6 9的步骤，知道刻蚀高度符合工艺要求，即完成。
权利要求
1.一种台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，其特征在于包括以下步骤: 1)首先，在碳化硅材料表面涂覆形成光敏掩膜层； 2)然后进行曝光，形成待刻蚀图形和多个独立的台阶高度监控图形； 3)接着通过显影去除对应位置的光敏掩膜层，露出所述待刻蚀图形和台阶高度监控图形； 4)并对露出的图形区域进行干法刻蚀； 5)在其中一个台阶高度监控图形的外围区域，进行曝光和显影去除对应处的光敏掩膜层，从而形成比对区域； 6)采用台阶仪对比对区域内台阶高度监控图形刻蚀的台阶高度进行测量监控； 7)当台阶高度未达到工艺要求时，重复步骤4) 6)至到台阶高度符合工艺要求。
2.根据权利要求1所述台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，其特征在于:碳化硅在涂覆光敏掩膜层前，先经过盐酸溶液清洗。
3.根据权利要求1所述台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，其特征在于:所述碳化硅材料为碳化硅晶片、碳化硅衬底上生长了一层或多层碳化硅薄膜的外延片。
4.根据权利要求1所述台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，其特征在于:碳化硅表面涂覆光敏掩膜层的方法包括以下2个步骤:首先采用蒸汽喷涂法将粘附剂HMDS涂覆在碳化硅材料表面；然后将AZ系列光刻胶或光敏聚酰亚胺涂覆到粘附剂表面形成光敏掩膜层，且该 光敏掩膜层厚度为0.9 μ m 6 μ m。
5.根据权利要求1所述台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，其特征在于:曝光操作时能量为200 700mJ/cm2，使用的光刻机为手动式光刻机或者步进式光刻机。
6.根据权利要求1所述台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，其特征在于:显影时间为0.5 2min ;显影液采用3038显影液或441显影液。
7.根据权利要求1所述台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，其特征在于:所述并对区域为方框形，面积为I 10 mm2，且台阶高度监控图形处于方框中心。
8.根据权利要求1所述台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，其特征在于:所述台阶仪为探针物理接触式。
全文摘要
本发明公开了一种台阶高度实时监控的碳化硅光敏掩膜刻蚀方法，它是在碳化硅材料上同时设置多个台阶高度监控图形，与待刻蚀图形一起同时刻蚀，并在需要检测刻蚀高度时将其中一个台阶高度监控图形周围的光敏掩膜层去除，从而进行台阶高度的监控。本发明利用台阶高度监控图形区域多次曝光不显影的方式，保证了干法刻蚀碳化硅时，台阶高度的实时监控和精确控制，有效的保证了器件性能的提高和工艺流程的进行。
文档编号H01L21/66GK103247549SQ20131011335
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者陈刚, 汪玲, 王泉慧, 柏松 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所