CN108063087A - 一种角度可控的SiC衬底缓坡刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

一种角度可控的SiC衬底缓坡刻蚀方法，其特征在于，步骤包括：在SiC衬底上形成抗刻蚀掩模层；在抗刻蚀掩模层上形成形貌控制掩模层；腐蚀形貌控制掩模层，包括：在形貌控制掩模层上涂覆第一光刻胶层，对第一光刻胶层进行光刻，形成形貌控制掩模层的腐蚀窗口，利用腐蚀窗口对形貌控制掩模层进行腐蚀，以及在形貌控制掩模层上涂覆第二光刻胶层，对第二光刻胶层进行光刻，在形貌控制掩模层上形成刻蚀窗口，利用刻蚀窗口对形貌控制掩模层进行侧蚀，在光刻胶层与抗刻蚀掩模层之间形成刻蚀间隙；腐蚀抗刻蚀掩模层，在抗刻蚀掩模层上形成缓坡角度；以及刻蚀衬底，形成具有缓坡角度的衬底。

Description

一种角度可控的SiC衬底缓坡刻蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺领域。更具体地，涉及一种角度可控的SiC衬底缓坡刻蚀方法。
背景技术
宽禁带半导体碳化硅(SiC)材料是第三代半导体中最典型的材料之一。由于其优异的物理化学性质，使得其在高温、高压、高频、大功率等方向有着卓越的应用潜力。是目前国内外研究的热点之一。
对SiC衬底进行有效的图形化处理是制作多种器件以及关键结构的必然需求。由于SiC材料结构稳定，通常情况下很难用常规酸、碱等溶液进行湿法刻蚀处理，一般来说：采用干法刻蚀抗刻蚀掩膜层，进而获得较为陡直的SiC刻蚀形貌；采用湿法刻蚀抗刻蚀掩膜层，进而获得较为平缓的SiC刻蚀形貌。二者结合以进一步获得不同角度的刻蚀形貌，但目前所形成的SiC侧壁角度一般只能达到40-90度水平。
因此，需要提供一种角度可控的SiC衬底缓坡刻蚀方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在SiC衬底上能够刻蚀角度可控的缓坡的SiC衬底缓坡刻蚀方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种角度可控的SiC衬底缓坡刻蚀方法，其特征在于，步骤包括：
在SiC衬底上形成抗刻蚀掩模层；
在抗刻蚀掩模层上形成形貌控制掩模层；
腐蚀形貌控制掩模层，该步骤包括：在形貌控制掩模层上涂覆第一光刻胶层，对第一光刻胶层进行光刻，形成形貌控制掩模层的腐蚀窗口，利用腐蚀窗口对形貌控制掩模层进行腐蚀，以及在形貌控制掩模层上涂覆第二光刻胶层，对第二光刻胶层进行光刻，在形貌控制掩模层上形成刻蚀窗口，利用刻蚀窗口对形貌控制掩模层进行侧蚀，在光刻胶层与抗刻蚀掩模层之间形成刻蚀间隙；
腐蚀抗刻蚀掩模层，在抗刻蚀掩模层上形成缓坡角度；以及
基于具有缓坡角度的抗刻蚀掩模层刻蚀衬底，形成具有缓坡角度的衬底。
优选地，抗刻蚀掩模层为氧化硅材料。
优选地，通过蒸发或溅射Al形成形貌控制掩模层。
优选地，在腐蚀形貌控制掩模层的步骤中，利用腐蚀液去除刻蚀窗口下方的形貌控制掩模层，并延长腐蚀时间到光刻胶下方的形貌控制掩模层腐蚀完全。
优选地，刻蚀窗口的长度是可控的，使得刻蚀间隙的长度与衬底的比值是可控的，从而所形成的缓坡角度是可控的。
优选地，所形成的缓坡角度满足下式：
其中，θ表示缓坡角度，W表示抗刻蚀掩模层的厚度，h2表示刻蚀间隙延的长度。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案提供了一种在SiC衬底上能够刻蚀角度可控的缓坡的SiC衬底缓坡刻蚀方法，本发明提供的刻蚀方法工艺流程简单，可重复性强，在工业上容易得到应用。
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示出本公开的角度可控的缓坡的SiC衬底缓坡刻蚀方法的流程图；以及
图2至图6根据本公开的角度可控的SiC衬底缓坡刻蚀方法刻蚀SiC衬底过程中待刻蚀元件的剖视图。
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。
本公开的SiC衬底缓坡刻蚀方法的工艺流程如图1所示，步骤包括：衬底清洗S101、抗刻蚀掩模生长S103、形貌控制掩模生长S105、形貌控制掩模腐蚀S107、抗刻蚀掩模腐蚀S109、SiC衬底刻蚀以及去除刻蚀掩模及清洗S113。
下面结合图2至图6通过实施例详细描述本公开的角度可控的缓坡的SiC衬底缓坡刻蚀方法。图2至图6为根据本公开的SiC衬底缓坡刻蚀方法刻蚀SiC衬底过程中待刻蚀元件的剖视图。
在步骤S101中，对需要加工的SiC衬底101进行RCA清洗，以去除表面可能存在的沾污(例如，颗粒、有机物、金属和自然氧化层等)，从而保证SiC衬底101表面在经受工艺之前是洁净的。
具体地，在本实施例中，清洗步骤如下：首先用3#液(硫酸和双氧水混合液)120℃下清洗10min，去离子水冲洗10次后，随后用1#液(铵水和双氧水混合液)60℃下清洗5min，去离子水冲洗10次后，稀释氢氟酸(HF:H2O为1:100)腐蚀15s，之后再用去离子水冲洗10次并在N2氛围下甩干。
在步骤S103，在清洗后的SiC衬底101上生长抗刻蚀掩模层203，以及在步骤S105中，在抗刻蚀掩模层表面生长形成形貌控制掩模层205。
具体地，在本实施例中，可以通过PECVD方法在清洗后的SiC衬底101上生长SiO2材料的抗刻蚀掩模层203。其生长厚度根据SiC衬底101所需的刻蚀深度以及刻蚀选择比共同确定。原则上，当101达到需要的刻蚀深度时，抗刻蚀掩模层203仍要有剩余。
形成抗刻蚀掩模层203后，在抗刻蚀掩模层203表面上形成形貌控制掩模层205。具体地，可以通过在抗刻蚀掩模层203上蒸发或溅射金属铝(Al)形成形貌控制掩模层205，优选地，厚度可以为100-300nm。
步骤S105到步骤S109形成了具有缓坡结构侧壁的抗刻蚀掩模203。
具体地，在上文所述的已经完成的两层掩模层(抗刻蚀掩模层203和形貌控制掩模层205)上涂覆第一光刻胶层207，并对第一光刻胶层207进行光刻、显影和固化处理，得到图3中所示的形貌控制掩模层205的腐蚀窗口209。应理解，图3中表示腐蚀窗口209的标号和箭头指向的是图中所示的水平方向上，光刻、显影和固化后剩余的第一光刻胶层207右侧对应的空白部分。腐蚀窗口209与待腐蚀的形貌控制掩模层205中被腐蚀掉的部分对应。通过Al腐蚀液来对腐蚀窗口209暴露的形貌控制掩模层205进行腐蚀，则得到图3中所示的结构，即步骤S107。之后，用丙酮或正性去胶液去除残留下的第一光刻胶层207。应理解，当使用负胶进行光刻时，则相应地使用负性去胶液。
对于步骤S109，详见图4至图6所示。首先如图4所示，在形貌控制掩模层205上形成刻蚀窗口213。
具体地，涂覆第二光刻胶层211。第二光刻胶层211覆盖被腐蚀掉的形貌控制掩模层205下方对应的抗刻蚀掩模层203以及剩余的形貌控制掩模层205表面。通过光刻、显影和固化处理，形成刻蚀窗口213，如图4所示。在本实施例中，具体地，根据后续的工艺需要，应对第二光刻胶层211进行充分地固化处理，温度可以为140度，时间可以45分钟。应理解，本公开的实施方式并不限于此，只要可以令第二光刻胶层211在后续的工艺中不坍塌即可。
在剩余的第二光刻胶层211与抗刻蚀掩模层203之间，腐蚀形成刻蚀间隙215，如图5所示。
具体地，通过Al腐蚀液去除刻蚀窗口213下方的形貌控制掩模层205，并延长腐蚀时间，利用腐蚀侧扩(即，侧蚀)直至形成如图5所示的结构。图5中所示的215指示部分即为在第二光刻胶层211与抗刻蚀掩模层203之间通过腐蚀去除形貌控制掩模层205形成的刻蚀间隙。
随后，腐蚀抗刻蚀掩模层203，形成具有缓坡角度的抗刻蚀掩模层203，作为刻蚀SiC衬底的模版。
具体地，经去离子水清洗10次后，直接用BOE(氟化氨和氢氟酸混合液)腐蚀抗刻蚀掩膜层203，当刻蚀窗口213下方的抗刻蚀掩膜层203腐蚀完全时，将形成如图6所示的形貌结构。通过图6中的剖视图示出了腐蚀后抗刻蚀掩模层203侧壁形貌。
如图6所示，腐蚀过后剩余的抗刻蚀掩模层203的侧壁整体呈微“S”形。它可以分为两段，其中刻蚀间隙215下方到与刻蚀间隙215末端相抵的第二光刻胶层211下方，抗刻蚀掩膜层203呈略微凸起的平缓斜面，这段用于SiC衬底201的刻蚀掩蔽；刻蚀间隙215的末端起大致一个抗刻蚀掩模层203厚度W的距离h1下方的部分呈现近45度的下凹曲线(即图6所示的h1与W大致相等)，在后续刻蚀SiC过程中，应防止抗刻蚀掩膜层消耗到此段区间。因此，应理解，抗刻蚀掩模层203的侧壁角度可以近似由刻蚀间隙215的长度h2与抗刻蚀掩模层203的厚度W决定：
其中，θ为刻蚀掩模层203侧壁角度。本领域技术人员应理解，这里，刻蚀掩模层203侧壁角度θ有一定的近似关系是允许的，在本领域技术人员可以允许的容差范围内。因此，通过合理选择抗刻蚀掩模层203的厚度W和刻蚀间隙215的长度h2即可控制所需的缓坡角度，而本领域技术人员应了解，刻蚀SiC衬底201遮蔽部分的角度即为刻蚀SiC衬底201所得到的角度。
随后，用丙酮或正性去胶液去除剩余的第二光刻胶层211。应理解，当使用负光刻胶时，则用负性去胶液。
在步骤111中，利用SiC衬底201表面的剩余抗刻蚀掩模层203作为遮蔽对SiC衬底201进行刻蚀，得到斜坡角度的SiC衬底。具体地，通过ICP刻蚀工艺，对SiC衬底进行刻蚀。刻蚀气体SF6和Ar，RF功率60-100W，ICP功率500-800W。
在步骤113中，去除最终剩余的抗刻蚀掩模层203，如，用BOE去除残留的抗刻蚀掩膜层。
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)

1.一种角度可控的SiC衬底缓坡刻蚀方法，其特征在于，步骤包括：
在SiC衬底上形成抗刻蚀掩模层；
在所述抗刻蚀掩模层上形成形貌控制掩模层；
腐蚀所述形貌控制掩模层，包括：
在所述形貌控制掩模层上涂覆第一光刻胶层，对所述第一光刻胶层进行光刻，形成所述形貌控制掩模层的腐蚀窗口，利用所述腐蚀窗口对所述形貌控制掩模层进行腐蚀，以及
在所述形貌控制掩模层上涂覆第二光刻胶层，对所述第二光刻胶层进行光刻，在所述形貌控制掩模层上形成刻蚀窗口，利用所述刻蚀窗口对所述形貌控制掩模层进行侧蚀，在所述光刻胶层与所述抗刻蚀掩模层之间形成刻蚀间隙；
腐蚀所述抗刻蚀掩模层，形成具有缓坡角度的所述抗刻蚀掩模层；以及
基于具有所述缓坡角度的所述抗刻蚀掩模层刻蚀所述衬底，形成具有所述缓坡角度的所述衬底。
2.如权利要求1所述的SiC衬底缓坡刻蚀方法，其特征在于，所述抗刻蚀掩模层为氧化硅材料。
3.如权利要求1所述的SiC衬底缓坡刻蚀方法，其特征在于，通过蒸发或溅射Al形成所述形貌控制掩模层。
4.如权利要求1所述的SiC衬底缓坡刻蚀方法，其特征在于，在所述腐蚀所述形貌控制掩模层的步骤中，利用腐蚀液去除所述刻蚀窗口下方的所述形貌控制掩模层，并延长腐蚀时间到光刻胶下方的形貌控制掩模层腐蚀完全。
5.如权利要求1所述的SiC衬底缓坡刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀窗口的长度是可控的，使得所述刻蚀间隙的长度与所述衬底的比值是可控的，从而所形成的缓坡角度是可控的。
6.如权利要求5所述的SiC衬底缓坡刻蚀方法，其特征在于，所形成的缓坡角度满足下式：
<mrow> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>W</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，θ表示所述缓坡角度，W表示所述抗刻蚀掩模层的厚度，h2表示刻蚀间隙延的长度。
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