CN105097456B - 一种用于碳化硅器件的自对准方法 - Google Patents

一种用于碳化硅器件的自对准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于碳化硅器件的自对准方法,包括如下步骤:在晶圆上制备裸露的沟道和沟槽;在沟槽的底部和侧壁以及沟道表面沉积一层第一介质层,且第一介质层的材质中含有干法刻蚀的终点检测指示元素;在第一介质层表面沉积一层第二介质层,以覆盖沟槽的底部和侧壁以及沟道表面;在对应沟槽处的第二介质层表面覆盖光刻胶,以填充沟槽内的空隙,使得光刻胶裸露的表面与对应沟道处的第二介质层表面齐平;采用干法刻蚀去除对应沟道处的第二介质层和第一介质层,使得沟道表面裸露;在裸露的沟道表面形成一层上表面金属电极。所述自对准方法能够避免在第一介质层表面沉积厚度较大的第二介质层;不受化学机械研磨方法或干法刻蚀的专门设备的限制。

Description

一种用于碳化硅器件的自对准方法
技术领域
本发明涉及碳化硅器件的加工工艺技术领域。更具体地,涉及一种用于碳化硅器件的自对准方法。
背景技术
作为第三代宽带化合物半导体材料之一,碳化硅在禁带宽度、最大场强、掺杂浓度以及热导率方面都具有传统的硅和砷化镓材料无法比拟的优势,尤其适用于高压、高频、大功率、高辐照以及某些波长的光电探测技术领域。因此,碳化硅在功率微波以及光电器件方面得到了研发人员的广泛关注。
与传统的硅基器件相比,基于材料特性方面的优势,碳化硅器件具有结构简单、体积小、性能高的优点。但是,碳化硅器件的面积较小且功率密度较高,这导致碳化硅器件的制备工艺不得不面对不同于传统的硅基器件的制备工艺的新挑战。尤其是,在一些具有垂直沟槽结构的碳化硅器件中,上表面金属电极的沉积的对准成为亟待解决的问题。
图1示出了现有技术的典型的沟槽结构。一般情况下,碳化硅器件设计对其制备工艺提出如下要求:
(1)沟槽的深度D较大,沟道1的长度L和沟槽的长度T均尽可能的小,甚至需要达到光刻工艺的最小尺寸的极限。
(2)如图2所示,上表面金属电极2的长度需要达到沟道1的长度L,以增大上表面金属电极2与沟道1的接触面积,从而减少接触电阻,同时上表面金属电极2不能延伸覆盖到沟槽的侧壁上。因此,碳化硅器件的制备需要采用自对准方法,以实现沟道1上表面与覆盖沟道1的上表面金属电极2的对准。
(3)沟槽的侧壁需要保护,根据不同的碳化硅器件的设计要求,沟槽需要不同程度的填充。
现有技术中,沟槽结构的上表面金属电极的自对准方法都是以某种平坦化工艺为基础的。
现有技术中,沟槽结构的上表面金属电极的自对准方法包括如下步骤:
S1:在晶圆上制备裸露的沟道1和沟槽,如图3(a)所示;
S2:在沟槽的底部和侧壁以及沟道1表面沉积一层第一介质层3,且第一介质层3的材质中含有干法刻蚀的终点检测指示元素,如图3(b)所示;例如,第一介质层3的材质为氮化硅,其含有氮元素,沟道1和第二介质层4的材质均未含有氮元素,因此第一介质层3的材质中含有的氮元素用作干法刻蚀的终点检测指示元素;
S3:在第一介质层3表面沉积一层第二介质层4,以填充沟槽内的空隙,且第二介质层4的厚度大于或等于沟槽的深度D,如图3(c)所示;第二介质层4的材质例如为二氧化硅;
S4:采用平坦化方法例如化学机械研磨方法或干法刻蚀去掉多余的第二介质层4,如图3(d)所示;
S5:采用干法刻蚀去除第二介质层4,使得沟道1表面的第一介质层3裸露且沟槽内的第二介质层4的裸露的表面与沟道1表面齐平,然后采用干法刻蚀去除沟道1表面的第一介质层3,使得沟道1表面裸露,再在第二介质层4的裸露的表面和沟道1表面沉积一层上表面金属电极2,如图3(e)所示。
现有技术的上述沟槽结构的上表面金属电极的自对准方法存在如下缺点:
(1)上述步骤S3中,在第一介质层3表面沉积的第二介质层4的厚度较大,耗时耗力,并且在一些碳化硅器件中不需要厚的第二介质层4;
(2)上述步骤S4中,采用化学机械研磨方法或干法刻蚀去掉多余的第二介质层4需要专门的设备;
(3)上述步骤S5中,干法刻蚀的均匀性无法保证,容易导致第一介质层3欠刻蚀的区域上表面金属电极2与沟道1接触不良,而第二介质层4过刻蚀的区域上表面金属电极2与沟槽的侧壁接触。
因此,需要提供一种用于碳化硅器件的自对准方法,以克服上述缺点。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于碳化硅器件的自对准方法。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种用于碳化硅器件的自对准方法,该自对准方法包括如下步骤:
在晶圆上制备裸露的沟道和沟槽;
在沟槽的底部和侧壁以及沟道表面沉积一层第一介质层,且第一介质层的材质中含有干法刻蚀的终点检测指示元素;
在第一介质层表面沉积一层第二介质层,以覆盖沟槽的底部和侧壁以及沟道表面;
在对应沟槽处的第二介质层表面覆盖光刻胶,以填充沟槽内的空隙,使得光刻胶裸露的表面与对应沟道处的第二介质层表面齐平;
采用干法刻蚀去除对应沟道处的第二介质层和第一介质层,使得沟道表面裸露;
在裸露的沟道表面形成一层上表面金属电极。
优选地,所述步骤在裸露的沟道表面形成一层上表面金属电极为:将光刻胶去除,然后在裸露的沟道表面和第二介质层表面沉积一层上表面金属电极。
优选地,所述步骤在裸露的沟道表面形成一层上表面金属电极为:先在裸露的沟道表面和光刻胶表面沉积一层上表面金属电极,然后采用剥离工艺将光刻胶剥离,使得沟槽底部和侧壁上没有残留的上表面金属电极。
优选地,所述第一介质层的材质为氮化硅。
优选地,所述第二介质层的材质为二氧化硅。
优选地,所述步骤采用干法刻蚀去除对应沟道处的第二介质层和第一介质层,使得沟道表面裸露的干法刻蚀过程中光刻胶与第二介质层的选择比为1:1.7。
本发明的有益效果如下:
(1)与现有技术的自对准方法相比,本发明的所述自对准方法采用光刻胶填充空隙,能够避免在第一介质层表面沉积厚度较大的第二介质层;
(2)与现有技术的自对准方法相比,本发明的所述自对准方法不需要采用化学机械研磨方法或干法刻蚀去掉多余的第二介质层,因而不受化学机械研磨方法或干法刻蚀的专门设备的限制;
(3)与现有技术的自对准方法相比,本发明的所述自对准方法能够降低对干法刻蚀的均匀性的要求,从而避免第一介质层欠刻蚀的区域上表面金属电极与沟道接触不良。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为现有技术的典型的沟槽结构的剖面示意图。
图2为现有技术的典型的沟槽结构的上表面金属电极的剖面示意图。
图3(a)-(e)为现有技术中沟槽结构的上表面金属电极的自对准方法的流程示意图。
图4(a)-(f)为本发明实施例1提供的用于碳化硅器件的自对准方法的流程示意图。
图4(a)-(e)和(g)为本发明实施例2提供的用于碳化硅器件的自对准方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1:
本实施例提供的用于碳化硅器件的自对准方法包括如下步骤:
S1:在晶圆上制备裸露的沟道1和沟槽,如图4(a)所示;
S2:在沟槽的底部和侧壁以及沟道1表面沉积一层第一介质层3,且第一介质层3的材质中含有干法刻蚀的终点检测指示元素,如图4(b)所示;例如,第一介质层3的材质为氮化硅,其含有氮元素,沟道1和第二介质层4的材质均未含有氮元素,因此第一介质层3的材质中含有的氮元素用作干法刻蚀的终点检测指示元素;
S3:在第一介质层3表面沉积一层第二介质层4,以覆盖沟槽的底部和侧壁以及沟道1表面,如图4(c)所示;第二介质层4的材质例如为二氧化硅;
S4:在对应沟槽处的第二介质层4表面覆盖光刻胶,以填充沟槽内的空隙,使得光刻胶裸露的表面与对应沟道1处的第二介质层4表面齐平,如图4(d)所示;
S5:采用干法刻蚀去除对应沟道1处的第二介质层4和第一介质层3,使得沟道1表面裸露,如图4(e)所示;该步骤干法刻蚀过程中光刻胶与第二介质层4的选择比优选为1:1.7;
S6:将光刻胶去除,然后在裸露的沟道1表面和第二介质层4表面沉积一层上表面金属电极2,如图4(f)所示。
实施例2:
本实施例提供的用于碳化硅器件的自对准方法包括如下步骤:
S1:在晶圆上制备裸露的沟道1和沟槽,如图4(a)所示;
S2:在沟槽的底部和侧壁以及沟道1表面沉积一层第一介质层3,且第一介质层3的材质中含有干法刻蚀的终点检测指示元素,如图4(b)所示;例如,第一介质层3的材质为氮化硅,其含有氮元素,沟道1和第二介质层4的材质均未含有氮元素,因此第一介质层3的材质中含有的氮元素用作干法刻蚀的终点检测指示元素;
S3:在第一介质层3表面沉积一层第二介质层4,以覆盖沟槽的底部和侧壁以及沟道1表面,如图4(c)所示;第二介质层4的材质例如为二氧化硅;
S4:在对应沟槽处的第二介质层4表面覆盖光刻胶,以填充沟槽内的空隙,使得光刻胶裸露的表面与对应沟道1处的第二介质层4表面齐平,如图4(d)所示;
S5:采用干法刻蚀去除对应沟道1处的第二介质层4和第一介质层3,使得沟道1表面裸露,如图4(e)所示;该步骤干法刻蚀过程中光刻胶与第二介质层4的选择比优选为1:1.7;
S6:先在裸露的沟道1表面和光刻胶表面沉积一层上表面金属电极2,然后采用剥离工艺将光刻胶剥离,使得沟槽底部和侧壁上没有残留的上表面金属电极2,如图4(g)所示。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种用于碳化硅器件的自对准方法,其特征在于,该自对准方法包括如下步骤:
在晶圆上制备裸露的沟道和沟槽;
在沟槽的底部和侧壁以及沟道表面沉积一层第一介质层,且第一介质层的材质中含有干法刻蚀的终点检测指示元素;
在第一介质层表面沉积一层第二介质层,以覆盖沟槽的底部和侧壁以及沟道表面;
在对应沟槽处的第二介质层表面覆盖光刻胶,以填充沟槽内的空隙,使得光刻胶裸露的表面与对应沟道处的第二介质层表面齐平;
采用干法刻蚀去除对应沟道处的第二介质层和第一介质层,使得沟道表面裸露;
在裸露的沟道表面形成一层上表面金属电极。
2.根据权利要求1所述的用于碳化硅器件的自对准方法,其特征在于,所述步骤在裸露的沟道表面形成一层上表面金属电极为:将光刻胶去除,然后在裸露的沟道表面和第二介质层表面沉积一层上表面金属电极。
3.根据权利要求1所述的用于碳化硅器件的自对准方法,其特征在于,所述步骤在裸露的沟道表面形成一层上表面金属电极为:先在裸露的沟道表面和光刻胶表面沉积一层上表面金属电极,然后采用剥离工艺将光刻胶剥离,使得沟槽底部和侧壁上没有残留的上表面金属电极。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于碳化硅器件的自对准方法,其特征在于,所述第一介质层的材质为氮化硅。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的用于碳化硅器件的自对准方法,其特征在于,所述第二介质层的材质为二氧化硅。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于碳化硅器件的自对准方法,其特征在于,所述步骤采用干法刻蚀去除对应沟道处的第二介质层和第一介质层,使得沟道表面裸露的干法刻蚀过程中光刻胶与第二介质层的选择比为1:1.7。
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