一种碳化硅器件双层金属的刻蚀方法

本发明涉及一种碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，属于微电子制作。

背景技术：

1、碳化硅材料因其高导热性、高击穿电压、耐高温等优异的物理化学性能，成为当下最具发展活力和前景的第三代半导体材料。相比传统硅基衬底，碳化硅材料在高功率、高频和高温领域具有明显的优势，拥有巨大的市场空间。目前随着新能源汽车领域的蓬勃兴起，在逆变器模块、大功率充电设备方面，碳化硅取代硅基已成主流发展方向。

2、从碳化硅器件方面而言，金属薄膜的形成和腐蚀对器件性能起着关键作用。目前腐蚀金属薄膜主要有两种方法：一种是通过配比一定组成和浓度的溶液进行湿法腐蚀，另一种是通过等离子体干法刻蚀金属。前者生产成本低，但因溶剂腐蚀的各向同性导致难以控制精度，腐蚀后在界面处的金属残留会影响器件性能。后者刻蚀精度高，保证界面处整洁但成本较高，且多种金属刻蚀时，存在交叉污染、机台保养和寿命低等问题。

3、在碳化硅半导体器件的应用中，金属的选择目前已从只用一种金属向多金属或合金研究方向发展，如用多层金属结构改善肖特基势垒的不均匀性，或者用多层金属改善欧姆接触部分的粘附性。因此，双层甚至多层金属腐蚀的好坏对最终器件产品性能具有重要影响。为此，提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，简单易操作，在降低生产成本的前提下，使得金属刻蚀精度稳定，减小线宽损失，既不进一步放大湿法腐蚀造成的不良影响，也能提高金属层与基底界面质量，获得良好的刻蚀形貌，减小漏电，从而提高器件电学性能。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，步骤如下：

4、s1：在碳化硅衬底上物理气相沉积双层所需金属；

5、s2：沉积后观察无误，在金属层上旋涂光刻胶，经过曝光、显影、硬烘，形成光刻胶阻挡层；

6、s3：配制上层金属腐蚀混合液，对上层金属进行湿法刻蚀，形成上层金属沟槽；

7、s4：纯氧等离子体干法去除光刻胶阻挡层；

8、s5：采用等离子体化学气相沉积方式生长氧化层；

9、s6：步骤s4光刻胶去除干净，且步骤s5中氧化层生长完毕后，以步骤s2相同图形进行套刻，再次形成新的光刻胶阻挡层；

10、s7：采用感应耦合等离子体刻蚀机对下层金属进行干法刻蚀；

11、s8：通过光学发射光谱法监控刻蚀完成后，去除表面光刻胶阻挡层。

12、根据本发明优选的，步骤s1中，双层金属中上层金属为al，下层金属为ti；或上层金属为ni，下层金属为ti；或上层金属为ni，下层金属为w。

13、根据本发明优选的，步骤s2和步骤s6中的光刻胶阻挡层厚度相同，均为1000nm---3000nm。

14、根据本发明优选的，步骤s3中，金属腐蚀混合液中磷酸：醋酸：硝酸：水体积比＝4：4：1：1，腐蚀温度为40℃。

15、根据本发明优选的，步骤s7中，在光刻暴露区域采用干法刻蚀下层金属至露出衬底。

16、根据本发明优选的，步骤s7中，干法刻蚀具体采用物理性刻蚀、化学性刻蚀或物理化学性刻蚀。

17、根据本发明优选的，步骤s7中，等离子体刻蚀上电极功率600～1000w，下电极功率60～200w。

18、根据本发明优选的，步骤s7中，刻蚀气体为hcl和ar、hcl和ar或chf3和ar，hcl和ar流量比为3：1，sf6和ar流量比为4：1，chf3和ar流量比为3：1。

19、根据本发明优选的，步骤s8中，采用氧等离子体去除光刻胶阻挡层，温度范围为100～250℃。

20、根据本发明优选的，氧化层为氧化硅层，氧化层厚度为50～500nm。

21、本发明的有益效果在于：

22、本发明提供了一种碳化硅器件制备时双层金属的刻蚀方法，该方法相比于全部干法刻蚀，能一定程度降低成本，相比于全部湿法腐蚀，又能保证金属层和基底界面的整洁性，减少金属残留从而提高器件电学性能。在湿法和干法结合刻蚀中，由于湿法腐蚀的各向同性，金属层腐蚀后会发生侧蚀从而形成倾斜截面，此截面易造成干法刻蚀时副产物的堆积，本发明通过光刻胶阻挡层和氧化层对倾斜截面进行保护，能很好的规避这一点。同时本发明不仅仅只适用于碳化硅衬底，在此基础上可拓展至其他半导体材料和多层金属情况；其方法理论简单易于理解，可有效提高碳化硅器件生产效率。

技术特征：

1.一种碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤如下：

2.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤s1中，双层金属中上层金属为al，下层金属为ti；或上层金属为ni，下层金属为ti；或上层金属为ni，下层金属为w。

3.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤s2和步骤s6中的光刻胶阻挡层厚度相同，均为1000nm---3000nm。

4.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤s3中，金属腐蚀混合液中磷酸：醋酸：硝酸：水体积比＝4：4：1：1，腐蚀温度为40℃。

5.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤s7中，在光刻暴露区域采用干法刻蚀下层金属至露出衬底。

6.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤s7中，干法刻蚀具体采用物理性刻蚀、化学性刻蚀或物理化学性刻蚀。

7.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤s7中，等离子体刻蚀上电极功率600～1000w，下电极功率60～200w。

8.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤s7中，刻蚀气体为hcl和ar、hcl和ar或chf3和ar，hcl和ar流量比为3：1，sf6和ar流量比为4：1，chf3和ar流量比为3：1。

9.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，步骤s8中，采用氧等离子体去除光刻胶阻挡层，温度范围为100～250℃。

10.如权利要求1所述的碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，其特征在于，氧化层为氧化硅层，氧化层厚度为50～500nm。

技术总结
本发明涉及一种碳化硅器件双层金属的刻蚀方法，属于微电子制作技术领域。方法步骤为：S1：在碳化硅衬底上沉积双层所需金属；S2：在金属层上旋涂光刻胶，制备光刻胶阻挡层；S3：对上层金属进行湿法刻蚀，形成上层金属沟槽；S4：纯氧等离子体干法去除光刻胶阻挡层；S5：采用等离子体化学气相沉积方式生长氧化层；S6：以步骤S2相同图形进行套刻，形成新的光刻胶阻挡层；S7：对下层金属进行干法刻蚀；S8：去除表面光刻胶阻挡层。本发明简单易操作，在降低生产成本的前提下，使得金属刻蚀精度稳定，减小线宽损失，既不进一步放大湿法腐蚀造成的不良影响，也能提高金属层与基底界面质量，获得良好的刻蚀形貌，减小漏电，从而提高器件电学性能。

技术研发人员：钟宇,苑登文,韩吉胜,汉多科·林纳威赫
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4