CN104599952A - 一种去除碳化硅等离子体刻蚀形成的刻蚀损伤层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除碳化硅等离子体刻蚀形成的刻蚀损伤层的方法,包括以下步骤:步骤1、在碳化硅晶体表面生长氮化铝掩膜层;步骤2、在氮化铝掩膜层上刻蚀形成刻蚀碳化硅晶体所需图形;步骤3、利用所述氮化铝掩膜层上的所述图形对所述碳化硅晶体进行刻蚀,形成沟槽结构;步骤4、在高温环境下,通入刻蚀气体,去除碳化硅晶体上形成的刻蚀损伤层;步骤5、在室温环境下,去除所述碳化硅晶体上的氮化铝掩膜层。在碳化硅沟槽器件制备过程中,采用此方法后,可以有效的去除等离子刻蚀的损伤层,提高碳化硅沟槽器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅器件制造领域,尤其适用于碳化硅沟槽型器件制备过程中。
背景技术
碳化硅作为第三代半导体材料,由于其高的禁带宽度、高的击穿电场、高的电子迁移率,碳化硅半导体器件在高压、高频、大功率、以及高温、高辐射等极端坏境中有着独特的优势。
沟槽刻蚀是半导体器件的制备过程中的一项关键技术,在碳化硅器件中更是有着广泛的应用。如:相对于JBS型碳化硅,沟槽型的碳化硅肖特基器件不仅可以降低对离子注入的要求,而且降低了正向导通电阻,降低了方向漏电流;沟槽型的碳化硅MOSFET相对于VDMOSFET更是大大的简化了工艺步骤;碳化硅的JFET器件也只能通过沟槽刻蚀来制备。
但是,由于等离子刻蚀后,在沟槽的侧壁及底部会形成一层刻蚀损伤层,它会大大降低器件的性能。
传统的硅基工艺中,为了去除刻蚀损伤层一般采用热氧化形成牺牲氧化层的方法来去除刻蚀损伤层。但是由于碳化硅所需氧化温度高达1300℃,而传统的石英氧化炉管很难达到如此高的温度。再者,由于碳化硅氧化后碳化硅与二氧化硅之间的界面态浓度很高,在界面处可能存在的碳残留,也会对牺牲层的效果有影响。
因此,如何快速有效的去除刻蚀损伤层,成为碳化硅半导体器件制备过程中亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在解决碳化硅沟槽型器件制备过程,刻蚀损伤层不易快速有效去除的问题,提出了一种新的去除等离子刻蚀损伤层的方案。
本发明提出了一种去除碳化硅等离子体刻蚀形成的刻蚀损伤层的方法,包括以下步骤:
步骤1、在碳化硅晶体表面生长氮化铝掩膜层;
步骤2、在氮化铝掩膜层上刻蚀形成刻蚀碳化硅晶体所需图形;
步骤3、利用所述氮化铝掩膜层上的所述图形对所述碳化硅晶体进行刻蚀,形成沟槽结构;
步骤4、在高温环境下,通入刻蚀气体,去除碳化硅晶体上形成的刻蚀损伤层;
步骤5、在室温环境下,去除所述碳化硅晶体上的氮化铝掩膜层。
采用上述方案后,碳化硅沟槽刻蚀后的损伤层可以快速有效的去除。由于采用H2做载气刻蚀碳化硅是碳化硅外延生长中常见的一种方法,碳化硅外延生长中通过H2刻蚀降低衬底表面来可以有效控制衬底的表面状态。本方案通过H2刻蚀后可以有效提高碳化硅刻蚀后沟槽侧壁与底部的表面状态,提高沟槽型器件的性能。
附图说明
图1是本发明提供的氮化铝做掩膜刻蚀碳化硅并用氢气刻蚀去除刻蚀损伤层的方法的流程图。
图2是本发明具体实施方式中,生长了0.5umAlN层后的示意图。
图3是本发明具体实施方式中,光刻后在晶圆上通过光刻胶形成的图形。
图4是本发明具体实施方式中,刻蚀AlN掩膜层后的示意图。
图5是本发明具体实施方式中,刻蚀SiC后的示意图。
图6是本发明具体实施方式中,去除AlN掩膜层后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的发明内容进一步解释。应当理解本实施实例仅限于解释本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示,图1示出了本发明提供的利用氮化铝做掩膜刻蚀碳化硅并用氢气刻蚀去除刻蚀损伤层的方法的流程图。该方法的主要目的是去除SiC等离子刻蚀后,在刻蚀部位留下的刻蚀损伤层,其主要步骤是:
步骤一:碳化硅晶片清洗。本步骤的主要目的是保证清洁碳化硅晶片,可以采用标准清洗工艺,也可以采用其他的清洗工艺,只要能保证碳化硅晶片的清洁。其中,采用酸性、碱性或有机液体对碳化硅晶体表面进行清洗;
步骤二:在所述碳化硅晶体表面生长氮化铝掩膜层。本步骤中氮化铝薄膜可以通过溅射,沉积等各种方式生长,淀积薄膜的厚度要求至少满足等离子体刻蚀与H2刻蚀所需,如果氮化铝薄膜还有离子注入掩膜的作用,也可增厚,最大厚度没有限制。若等离子刻蚀碳化硅条件特殊,也可在AlN表面生长SiO2,SiN,Ni等做等离子刻蚀碳化硅的掩膜层,生长方法可以是溅射、PECVD,LPCVD等各种方法。生长的除AlN外的物质须在进入高温炉前去除。其中,所述生长的氮化铝厚度范围是几纳米到几微米;
步骤三:对生长有氮化铝掩膜层的碳化硅晶片进行光刻,将所需图形形成在晶圆上的光刻胶上。本步骤的主要目的是在晶圆上形成刻蚀晶圆所需图形。
步骤四:通过光刻胶掩膜刻蚀氮化铝掩膜层,本步骤的主要目的是在氧化铝掩膜层上开出碳化硅刻蚀窗口,氮化铝的刻蚀可以采用湿法腐蚀,也可以采用干法腐蚀。
步骤五:在所开出的碳化硅刻蚀窗口上刻蚀碳化硅,形成沟槽结构。本步骤刻蚀碳化硅前,可以去除光刻胶,也可以不去除,视碳化硅刻蚀条件而定。等离子刻蚀所采用的源气体不限。
步骤六:清洗碳化硅晶片。本步骤的主要目的是将保证清洗后,碳化硅晶片表面只有氮化铝,并且保证晶片清洁。可以采用标准清洗工艺,也可以采用其他的清洗工艺,只要能保证碳化硅晶片的清洁。
步骤七:将碳化硅晶片放入高温炉腔室内。本步骤将碳化硅放入高温炉中的方式可以是各种方式,如:手套箱、传输带、直接放置等。高温炉的最高温度要求大于500℃
步骤八:将高温炉腔室内温度升至刻蚀温度,通入刻蚀气体,进行刻蚀,去除等离子体刻蚀形成的刻蚀损伤层。本步骤中所述的刻蚀气体主要为H2,也可以在H2中混合其他保护气体,如:C3H8、SiH4等,以保证光滑完好的器件表面。本步骤升温过程可以是在通入反应气体之后,也可以是在通入反应气体之前。本步骤通入反应气体后,高温腔室内的气压范围为1e-6Pa-1e5Pa。本步骤的刻蚀温度,可以是固定温度,也可以是随着刻蚀时间变化的温度曲线。其温度范围为500℃--2000℃。本步骤的升温速度可以是各种速度,视具体设备条件与工艺条件而定。本步骤的刻蚀时间可以是10秒钟-10小时。
步骤九:将高温炉腔室内温度降至室温,关闭反应气体,取出碳化硅晶片。本步骤的降温过程可以是先关闭刻蚀气体后在降温;也可以是温度降低至一定温度后关闭反应气体;也可以是关闭刻蚀气体后通入保护气体后降温;还可以是温度降至一定温度后关闭反应气体通入保护气体后降温,具体降温方法不限。
步骤十:湿法腐蚀去除氮化铝掩模层。本步骤的氮化铝腐蚀方法为湿法腐蚀方法,腐蚀液包括KOH,或者H3PO4、HAc、HNO3与H2O的混合液等
由于等离子刻蚀碳化硅后,由于等离子体的物理轰击,会在沟槽内产生一层刻蚀损伤层。本发明通过高温下H2刻蚀,采用了化学的腐蚀方法,有效的去除了碳化硅等离子刻蚀后的损伤层。
下面是本发明具体实施例中去除碳化硅等离子刻蚀形成的损伤层的方法:
步骤一:采用标准清洗方法清洗碳化硅晶片;
步骤二:通过溅射在碳化硅晶片表面生长一层0.5μm的氮化铝薄膜,如附图2所示;
步骤三:光刻出所需图形,如附图3所示;
步骤四:通过等离子刻蚀方法刻蚀氮化铝薄膜,在其上开出碳化硅刻蚀的窗口,如附图4所示;
步骤五:去除光刻胶后,通过在AlN开孔处等离子刻蚀方法刻蚀碳化硅,刻蚀深度为2μm,如附图5所示;
步骤六:通过标准清洗方法清洗碳化硅晶片;
步骤七:将碳化硅晶片放入高温炉内;
步骤八:通入H2反应气体后,将高温炉腔室温度升至1500℃,压力700Torr,进行H2刻蚀,通过H2化学刻蚀作用去除等离子体刻蚀后,在碳化硅沟槽处形成的刻蚀损伤层;
步骤九:关闭反应气体后,将腔室温度降至室温,取出碳化硅晶片;
步骤十:采用H3PO4、HAc、HNO3与H2O的混合液腐蚀去除氮化铝薄膜,如附图6所示。
应当指出的是,上述实施实例只是用具体的实例来说明本发明,他不应该对本发明限制。对于本领域的技术人员而言,在不偏离权利要求的宗旨和范围时,可以有多重形式和细节的变化。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种去除碳化硅等离子体刻蚀形成的刻蚀损伤层的方法,包括以下步骤:
步骤1、在碳化硅晶体表面生长氮化铝掩膜层;
步骤2、在氮化铝掩膜层上刻蚀形成刻蚀碳化硅晶体所需图形;
步骤3、利用所述氮化铝掩膜层上的所述图形对所述碳化硅晶体进行刻蚀,形成沟槽结构;
步骤4、在高温环境下,通入刻蚀气体,去除碳化硅晶体上形成的刻蚀损伤层;
步骤5、在室温环境下,去除所述碳化硅晶体上的氮化铝掩膜层。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述的碳化硅晶片,可以是4H-SiC、6H-SiC或3C-SiC。
3.如权利要求1所述的方法,其还包括:在步骤1之前、步骤3和步骤4之间采用酸性、碱性或有机液体对碳化硅晶体表面进行清洗。
4.如权利要求1所述的方法,其中,步骤1中所述氮化铝掩膜层的生长方法包括LPCVD、MOCVD和溅射,其生长厚度范围是纳米至微米级的。
5.如权利要求1所述的方法,其中,步骤1之前还包括在氮化铝掩膜层表面生长SiO2、SiN或Ni做为等离子刻蚀碳化硅晶体的掩膜层,生长方法包括溅射、PECVD、LPCVD。
6.如权利要求1所述的方法,其中,步骤2中通过在氮化铝掩膜层上形成光刻胶,并对所述氮化铝掩膜层进行光刻形成所需图形;在步骤3中保存光刻胶,用氮化铝掩膜层与光刻胶共同做掩膜对所述碳化硅晶体进行刻蚀,或者去除光刻胶后直接用氮化铝掩膜层作为掩膜对所述碳化硅晶体进行刻蚀。
7.如权利要求1所述的方法,其中,步骤4中所述的高温环境中温度范围为500℃--2000℃;
所述的刻蚀气体为H2,或H2的混合气体;通入刻蚀气体后,高温环境的气压范围为1e-6Pa-1e5Pa,刻蚀时间为10秒钟-10小时。
8.如权利要求1所述的方法,其中,步骤5中,通过降温使得高温环境切换至室温环境,且降温过程可以是先关闭刻蚀气体后再降温;也可以是温度降低至一定温度后关闭刻蚀气体;也可以是关闭刻蚀气体后通入保护气体后降温;还可以是温度降至一定温度后关闭刻蚀气体并通入保护气体后降温。
9.如权利要求1所述的方法,其中,步骤5中,通过湿法腐蚀所述碳化硅晶体上的氮化铝掩膜层,腐蚀液包括KOH液体,或者H3PO4、HAc、HNO3与H2O的混合液。
10.如权利要求1所述的方法,其中,所述氮化铝掩膜层的厚度为0.5μm,碳化硅晶体的刻蚀深度为2μm。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150506 |