CN107644812B - 基片刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基片刻蚀方法，该基片为碳化硅，基片刻蚀方法包括：基片刻蚀步骤，采用二氧化硅掩膜层对基片进行刻蚀形成侧壁倾斜的基片图形。其中，该二氧化硅掩膜层的图形侧壁倾斜。本发明提供的基片刻蚀方法，由于采用侧壁倾斜的二氧化硅掩膜层刻蚀碳化硅基片，获得的基片图形的侧壁倾斜角度大约是二氧化硅掩膜层的侧壁倾斜角度的两倍，因此，通过采用较小的侧壁倾斜角度的二氧化硅掩膜层，可以减小基片图形的侧壁倾斜角度，从而可以满足工艺要求。

Description

基片刻蚀方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种基片刻蚀方法。
背景技术
在半导体晶片加工领域中，碳化硅(SiC)材料因具有禁带宽度大、击穿场强高、介电常数小等的优点而被极其广泛的应用。而碳化硅器件通常采用干法等离子体刻蚀技术制作生成。碳化硅的斜槽刻蚀是目前功率半导体器件中常见的刻蚀工艺。
现有的碳化硅基片的刻蚀方法是利用侧壁垂直的二氧化硅作为刻蚀掩膜，并采用CF4和Ar的混合气体作为刻蚀气体对基片进行刻蚀，以形成侧壁倾斜的基片图形，具体工艺参数如下：
腔室压强为70mT；上电极功率为1000W；下电极功率为100W；CF4的气体流量为80sccm；Ar的气体流量为40sccm。
如图1所示，为采用上述碳化硅基片的刻蚀方法获得的基片图形的扫描电镜图。由图可以看出，基片图形的侧壁倾斜角度A较大，一般在70°～75°，无法满足工艺对倾斜角度小于50°的要求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种基片刻蚀方法，其可以减小基片图形的侧壁倾斜角度，以满足工艺要求。
为实现本发明的目的而提供一种基片刻蚀方法，所述基片为碳化硅，包括：
基片刻蚀步骤，采用二氧化硅掩膜层对基片进行刻蚀，形成侧壁倾斜的基片图形；其中，所述二氧化硅掩膜层的图形侧壁倾斜。
优选的，所述二氧化硅掩膜层的厚度的取值范围在2～3um。
优选的，所述掩膜图形的侧壁的倾斜角度的取值范围在10～40°。
优选的，在所述基片刻蚀步骤之前，还包括：
掩膜刻蚀步骤，对所述二氧化硅掩膜层进行刻蚀形成侧壁倾斜的掩膜图形；其中，掩膜刻蚀气体包括C4F8和Ar。
优选的，在所述掩膜刻蚀步骤中，腔室压强为20mT；上电极功率为2000W；下电极功率为100W；所述C4F8的气体流量为50sccm；所述Ar的气体流量为80sccm。
优选的，在所述基片刻蚀步骤中，基片刻蚀气体包括HBr、碳氟类气体和氧气；或者包括HBr、SF6和氧气。
优选的，所述HBr的气体流量占总流量的60％～80％；所述碳氟类气体或者SF6的气体流量占总流量的10％～20％；所述氧气的气体流量占总流量的10％～20％。
优选的，所述碳氟类气体包括CF4或者CHF3。
优选的，在所述基片刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围在200～250W。
优选的，在所述基片刻蚀步骤中，腔室压强为10mT；上电极功率为1000W；下电极功率为200W；基片刻蚀气体包括HBr、碳氟类气体和氧气，或者包括HBr、SF6和氧气，所述碳氟类气体或者SF6的气体流量为10sccm；所述HBr的气体流量为100sccm；所述氧气的气体流量为15sccm。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的基片刻蚀方法，其采用二氧化硅作为刻蚀基片的掩膜层，且使该掩膜层的图形侧壁倾斜，由于采用侧壁倾斜的二氧化硅掩膜层刻蚀碳化硅基片，获得的基片图形的侧壁倾斜角度大约是二氧化硅掩膜层的侧壁倾斜角度的两倍，因此，通过采用较小的侧壁倾斜角度的二氧化硅掩膜层，可以减小基片图形的侧壁倾斜角度，从而可以满足工艺要求。
附图说明
图1为采用现有的碳化硅基片的刻蚀方法获得的基片图形的扫描电镜图；
图2为本发明提供的基片刻蚀方法的流程框图；
图3为本发明提供的基片刻蚀方法的原理图；
图4A为采用现有的碳化硅基片的刻蚀方法获得的基片图形的扫描电镜图；
图4B为图4A中D区域的放大图；以及
图5为采用本发明提供的基片刻蚀方法获得的基片图形的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的基片刻蚀方法进行详细描述。
本发明提供的基片刻蚀方法适用于对碳化硅基片的斜槽刻蚀，即，在基片上形成侧壁倾斜的基片图形。图2为本发明提供的基片刻蚀方法的流程框图。请参阅图2，该基片刻蚀方法包括以下步骤：
基片刻蚀步骤S1，采用二氧化硅掩膜层对基片进行刻蚀形成侧壁倾斜的基片图形，其中，该二氧化硅掩膜层的图形侧壁倾斜。
上述基片刻蚀步骤S1通常采用电感耦合等离子体(Inductively CoupledPlasma，以下简称ICP)设备进行干法刻蚀工艺。具体地，向反应腔室内通入刻蚀气体，并开启上电极电源和下电极电源，上电极电源用于向反应腔室施加上电极功率，以使反应腔室内的刻蚀气体激发形成等离子体。下电极电源用于向基片施加下电极功率，以吸引等离子体刻蚀基片，直至在基片的待刻蚀表面上形成具有预定刻蚀深度的斜槽。
图3为本发明提供的基片刻蚀方法的原理图。请参阅图3，采用图形侧壁倾斜的二氧化硅掩膜层1刻蚀碳化硅基片，获得的基片图形的侧壁倾斜角度C大约是二氧化硅掩膜层的侧壁倾斜角度B的两倍，即，C≈2*B，基于该原理，通过采用较小的侧壁倾斜角度B的二氧化硅掩膜层1，可以减小基片图形的侧壁倾斜角度C，从而可以使基片图形的侧壁倾斜角度满足工艺要求。
优选的，上述二氧化硅掩膜层1的掩膜图形的侧壁倾斜角度的取值范围在10～40°，例如20°，在该范围内可以使基片图形的侧壁倾斜角度满足工艺要求。
优选的，二氧化硅掩膜层1的厚度的取值范围在2～3um，以保证基片图形的刻蚀深度达到工艺要求。
可选的，在进行上述基片刻蚀步骤S1之前，还包括掩膜刻蚀步骤，用于对二氧化硅掩膜层进行刻蚀形成侧壁倾斜的掩膜图形。其中，掩膜刻蚀气体包括C4F8和Ar。与上述基片刻蚀步骤S1相类似的，掩膜刻蚀步骤通常采用电感耦合等离子体(Inductively CoupledPlasma，以下简称ICP)设备进行干法刻蚀工艺。具体地，向反应腔室内通入刻蚀气体，并开启上电极电源和下电极电源，上电极电源用于向反应腔室施加上电极功率，以使反应腔室内的刻蚀气体激发形成等离子体。下电极电源用于向基片施加下电极功率，以吸引等离子体刻蚀掩膜，直至在掩膜的待刻蚀表面上形成侧壁倾斜的掩膜图形。
进一步可选的，上述掩膜刻蚀步骤采用以下工艺参数可以获得侧壁倾斜角度为20°的掩膜图形：腔室压强为20mT；上电极功率为2000W；下电极功率为100W；掩膜刻蚀气体包括C4F8和Ar，C4F8的气体流量为50sccm；Ar的气体流量为80sccm。
可选的，本发明提供的基片刻蚀方法在基片刻蚀步骤S1中采用的基片刻蚀气体包括HBr(溴化氢)、碳氟类气体和氧气；或者包括HBr、SF6和氧气。请一并参阅图4A和图4A中D区域的放大图4B，在对碳化硅基片的刻蚀过程中，硅原子既存在化学作用又存在物理作用，而碳原子因其化学性质较稳定，而主要存在物理作用，而碳原子在被轰击之后，会溅射回弹，并二次溅射至基片图形的底部，造成底部出现微沟槽(Subtench)。为此，本发明在基片刻蚀步骤S1中加入HBr，由于HBr不仅可以起到离子轰击的作用，而且还可以在撞击基片图形的侧壁时，生成聚合物附着在侧壁上，从而可以起到保护侧壁的作用，进而可以减小侧壁因碳原子溅射而受到的影响，从而可以减弱上述微沟槽效应。
优选的，HBr的气体流量占总流量的60％～80％；碳氟类气体或者SF6的气体流量占总流量的10％～20％；氧气的气体流量占总流量的10％～20％。由于HBr的气体流量较大，这可以起到稀释碳氟类气体(或者SF6)和氧气的作用，以降低硅原子的刻蚀速率，使其与碳原子的刻蚀速率趋于一致。上述碳氟类气体包括CF4或者CHF3等等。
进一步可选的，在基片刻蚀步骤S1中，下电极功率的取值范围在200～250W。在该范围内的下电极功率既可以避免刻蚀选择比下降，造成基片图形的刻蚀深度无法满足要求，而且还可以保证刻蚀速率，以提高产能。同时避免了因下电极功率较低而造成得基片图形的侧壁倾斜角度较大，刻蚀速率降低，影响产能等问题。
可选的，基片刻蚀步骤S1采用以下工艺参数，腔室压强为10mT；上电极功率为1000W；下电极功率为200W；基片刻蚀气体包括HBr、碳氟类气体和氧气，或者包括HBr、SF6和氧气，该碳氟类气体或者SF6的气体流量为10sccm；HBr的气体流量为100sccm；氧气的气体流量为15sccm。
图5为采用本发明提供的基片刻蚀方法获得的基片图形的扫描电镜图。请参阅图5，本发明提供的基片刻蚀方法采用上述工艺参数可以获得侧壁倾斜角度小于50°(大约45°)的基片图形，且该基片图形的底部光滑平整，无微沟槽。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基片刻蚀方法，所述基片为碳化硅，其特征在于，包括：
基片刻蚀步骤，采用二氧化硅掩膜层对基片进行刻蚀，形成侧壁倾斜的基片图形；其中，所述二氧化硅掩膜层的图形侧壁倾斜；并且，所述基片图形的侧壁的倾斜角度大约是所述掩膜层图形的侧壁的倾斜角度的两倍；
所述掩膜图形的侧壁的倾斜角度的取值范围在10～40°；
所述基片图形的侧壁的倾斜角度的取值范围在45～50°。
2.如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，所述二氧化硅掩膜层的厚度的取值范围在2～3um。
3.如权利要求1所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述基片刻蚀步骤之前，还包括：
掩膜刻蚀步骤，对所述二氧化硅掩膜层进行刻蚀形成侧壁倾斜的掩膜图形；其中，掩膜刻蚀气体包括C4F8和Ar。
4.如权利要求3所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述掩膜刻蚀步骤中，腔室压强为20mT；上电极功率为2000W；下电极功率为100W；所述C4F8的气体流量为50sccm；所述Ar的气体流量为80sccm。
5.如权利要求1-4任意一项所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述基片刻蚀步骤中，基片刻蚀气体包括HBr、碳氟类气体和氧气；或者包括HBr、SF6和氧气。
6.如权利要求5所述的基片刻蚀方法，其特征在于，所述HBr的气体流量占总流量的60％～80％；所述碳氟类气体或者SF6的气体流量占总流量的10％～20％；所述氧气的气体流量占总流量的10％～20％。
7.如权利要求5所述的基片刻蚀方法，其特征在于，所述碳氟类气体包括CF4或者CHF3。
8.如权利要求1-4任意一项所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述基片刻蚀步骤中，下电极功率的取值范围在200～250W。
9.如权利要求1-4任意一项所述的基片刻蚀方法，其特征在于，在所述基片刻蚀步骤中，腔室压强为10mT；上电极功率为1000W；下电极功率为200W；基片刻蚀气体包括HBr、碳氟类气体和氧气，或者包括HBr、SF6和氧气，所述碳氟类气体或者SF6的气体流量为10sccm；所述HBr的气体流量为100sccm；所述氧气的气体流量为15sccm。
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