一种碳化硅刻蚀方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体功率器件制备工艺技术领域，具体涉及一种使碳化硅材料形成不同侧壁形貌的刻蚀方法。
【背景技术】
[0002]碳化硅(SiC)，作为一种新型半导体材料，具有潜在的优点:更小的体积、更有效率、完全去除开关损耗、低漏极电流、比标准半导体(纯硅半导体)更高的开关频率以及在标准的125 °C结温以上工作的能力。
[0003]当前，电子器件的使用条件越来越恶劣，要适应高频、大功率、耐高温、抗辐照等特殊环境。为了满足未来电子器件需求，必须采用新的材料，以便最大限度地提高电子元器件的内在性能。近年来，新发展起来的第三代半导体材料一宽禁带半导体材料，包括碳化硅和氮化镓，该类材料具有热导率高、电子饱和速度高、击穿电压高、介电常数低等特点，这就从理论上保证了其较宽的适用范围。宽禁带半导体技术已成为当今电子产业发展的新型动力。从目前宽禁带半导体材料和器件的研究情况来看，研究重点多集中于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)技术，其中SiC技术最为成熟，研究进展也较快。近年来，以SiC为代表的宽禁带半导体材料的发展开启了半导体产业的新局面，电力电子器件技术和产业迎来了一个新的发展机遇。从上世纪九十年代开始，以美国、欧洲和日本为代表的西方国家对基于SiC材料的功率器件进行了大量长期的研发。在发达国家，SiC电力电子器件产业的发展都不约而同地遵循以政府投入为先导，大型跨国巨头公司积极跟进的发展路线。这些大型公司以美国通用电气、仙童公司、德国西门子、英飞凌，瑞士ABB，日本三菱、富士、东芝等为代表。美国Rutgers大学报道了迄今为止最高反向击穿电压为10.8kV的Ni/4H_SiC SBD,该器件η型漂移区浓度为5.6X 1015cnT3，厚度为115 μ m，并采用了多台阶的结终端技术来提高击穿电压，器件在电流密度48A/cm2下正向压降为6V，比导通电阻为97m Ω cm2，品质因子为1202MW/cm2(Vb2/Ron)。Cree研制的1200V4H_SiC场效应管导通电阻为1mQcm2,正向电流100A，而器件的尺寸为7mmX7mm，只有Si器件的5%。该公司还制成了阻断电压为2kV的场效应晶体管，正向电流为50A，而器件的尺寸仅为5.5mmX 5.5mm。据报道，4H_SiC场效应管最高阻断电压已经达到10kV，正向电流达20A。随着阻断电压和导通电阻等器件性能不断提高，器件可靠性尤其是300°C工作时的长期可靠性研究也获得了一定进展。SiC电力电子器件是发达国家和国际半导体知名企业大力发展的前沿热点，也是我国能源发展迫切需要的关键技术核心。
[0004]干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点:一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的?’另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此，干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。电感耦合等离子体刻蚀机是在刻蚀方式中产生低气压、高密度的气相原子和离子的一种方法。ICP刻蚀系统结构包括如下，电绝缘的真空室外绕有发射天线线圈，当通过匹配网络将射频功率加到天线上时，天线中有射频电流流过，于是产生射频磁通，且在真空容器内部沿容器的轴方向感应出射频电场。真空中的电子从而被加速获得较高的动能，高能电子通过非弹性碰撞使气体分子和原子电离、离解，产生等离子体。等离子体在反应室内与样品发生反应，离子轰击的能量由连接样品台的偏压电源提供。
【发明内容】
[0005]本发明解决现有技术中对SiC材料进行ICP刻蚀所存在的缺点，提供一种使碳化硅材料形成不同侧壁形貌的刻蚀方法。
[0006]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0007]本发明提供一种碳化硅刻蚀方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤:
[0008]步骤一:在碳化硅样品上采用气相化学沉积设备沉积刻蚀掩膜层；
[0009]步骤二:在掩膜层上涂覆光刻胶，通过光刻工艺形成台面的图形转移；
[0010]步骤三:使用光刻胶作为腐蚀阻挡层，采用氢氟酸缓冲液对二氧化硅进行湿法腐蚀，湿法腐蚀完成后去除光刻胶；所述氢氟酸缓冲溶液中氢氟酸:氟化铵的比例为约1:1至约1:40 ;湿法腐蚀时间为约170秒至约3600秒；湿法腐蚀温度在为10° C至70° C之间；湿法腐蚀完毕后掩膜层侧壁角度控制在5°至85°之间；
[0011]步骤四:使用介质膜作为干法刻蚀阻挡层，采用干法刻蚀机对碳化硅样品进行干法刻蚀；
[0012]步骤五:干法刻蚀完毕之后去除刻蚀掩膜层。
[0013]进一步地，所述步骤一中，所述碳化硅样品为4H_SiC材料、3C_SiC材料或6H_SiC材料，碳化娃样品掺杂浓度为lE15cm_3至5E18cm_3 ;沉积刻蚀掩膜方式包括化学气相沉积的方式和物理气相沉积的方式；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、电感耦合等离子体化学气相沉积ICP-CVD、常压化学气相沉积APCVD或低压化学气相沉积LPCVD。
[0014]进一步地，掩膜层生长时采用溅射的方式时是磁控溅射、直流溅射、射频溅射也可以是反应溅射；生长的多层刻蚀掩膜为二氧化硅、氮化硅或上述两者的组合成分；生长的刻蚀掩膜为一层掩膜或多层掩膜。
[0015]进一步地，生长多层掩膜时掩膜材料是同质掩膜材料(如不同质量的氮化硅)或是异质掩膜材料(如二氧化硅加氮化硅)(例如:1、同质掩膜材料如二氧化硅，不同生长条件下材料质量不同，多层掩膜是同种材料但是不同质量；2、异质掩膜材料，如二氧化硅加氮化硅，多层掩膜是两种材料的叠加生长。)；生长的掩膜材料厚度为0.1um至5um;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，所述参数包括生长温度、腔室压力、气体流量和设备功率。
[0016]进一步地，所述步骤二中，使用光刻胶作为掩膜湿法腐蚀硬掩膜；在碳化硅样品和刻蚀掩膜层上涂覆六甲基二硅亚胺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；光刻胶的厚度为0.5um至1um ;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。
[0017]进一步地，所述步骤三中，湿法腐蚀完成刻蚀掩膜后去除残留光刻胶的方式为分别浸入以下液体:无水乙醇、丙酮溶液、无水乙醇、纯水和烘干样品；
[0018]或使用曝光去胶的方式:放入光刻机进行泛曝光，然后使用显影液显影去胶。
[0019]进一步地，所述步骤四中，使用干法刻蚀的方式刻蚀碳化硅样品，干法刻蚀采用电感耦合等离子体刻蚀机ICP、电子回旋共振等离子体刻蚀机ECR、反应离子刻蚀机RIE或离子束刻蚀IBE。
[0020]进一步地，进行干法刻蚀时刻蚀气体为SF6，流量为1sccm至60sccm之间，反应腔室压力为ImTorr至40mTorr之间，腔室内温度设置为室温或者温度范围为10° C至100° C，等离子体刻蚀机的ICP功率为50至2500W，等离子体刻蚀机的RF功率为IW至300W ；
[0021]刻蚀掩膜和干法刻蚀碳化硅样品的刻蚀选择比为1:1至1:10(刻蚀选择比是刻蚀介质膜的厚度和刻蚀碳化硅材料厚度的比值，在刻蚀碳化硅材料的同时，介质膜也被刻蚀，只是刻蚀速率较慢。第四步骤完成后就会有一个对应的刻蚀选择比)。
[0022]进一步地，所述步骤五中，去除刻蚀掩膜层采用湿法腐蚀方式，去除氧化硅所用的腐蚀溶液氢氟酸为:氟化铵的比例为1:1至1:40，腐蚀时间为1800秒至3600秒；腐蚀时温度在10° C至70° C之间。
[0023]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0024]通过本发明方法制备的碳化硅功率器件，可以减小器件边缘的电场集中，有效提高碳化硅功率器件的耐压，防止器件在正常工作期间失效和损坏。对于提高器件耐压等级有很大帮助，同时保证由碳化硅器件制备的电力装备的可靠性。
【附图说明】
[0025]图1是本发明提供的需要被刻蚀的碳化硅样品示意图；
[0026]图2是本发明提供的在需要被刻蚀的碳化硅样品表面沉积上二氧化硅后的示意图；
[0027]图3是本发明提供的碳化硅-二氧化硅样品在经过光刻步骤后的示意图；
[0028]图4是本发明提供的湿法腐蚀二氧化硅掩膜后的示意图；
[0029]图5是本发明提供的干法刻蚀完成碳化硅样品后的示意图；其中:1_碳化硅衬底；2- 二氧化硅；3_光刻胶；4_斜坡的角度；
[0030]图6是本发明提供的碳化硅刻蚀方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031]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。
[0032]本发明提供一种碳化硅刻蚀方法，所述方法包括下述步骤:
[0033]步骤一:在碳化硅样品上采用气相化学沉积设备沉积刻蚀掩膜层:碳化硅样品为4H-SiC材料、3C-SiC材料或6H-SiC材料，碳化硅样品掺杂浓度为lE15cm_3至5E18cm_3