CN109814329B - 一种渐变光刻版图及其半导体表面制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渐变光刻版图及其半导体表面制造方法。渐变光刻版图采用黑白版图，其构成为完全不透光区域的阵列和完全透光区域的阵列，完全不透光区域和完全透光区域交替交错排列布置于版图表面，且具有比例渐变特征和完全交错特征；在原始半导体上通过光刻和刻蚀对表面进行加工完成的，半导体上涂覆一层光刻胶，接着采用渐变光刻版图进行常规光刻工艺形成有图形的掩膜，通过干法刻蚀在半导体表面刻蚀出微坑。本发明利用特殊设计构建的渐变光刻版图，实现了半导体表面渐变微坑阵列及基于该微坑阵列而形成的长距离缓斜坡，工艺步骤均是半导体加工技术，可实现低成本、高产率的半导体表面长距离缓斜坡的制造。

Description

一种渐变光刻版图及其半导体表面制造方法

技术领域

本发明公开是关于半导体表面形貌加工领域，尤其是涉及了一种渐变光刻版图、一种半导体表面渐变微坑的制造方法和一种半导体表面长距离缓斜坡的制造方法。

背景技术

随着电力电子技术发展，半导体器件得到了越来越广泛的应用。部分新型半导体的物理和化学性质相比于硅更加稳定，难以通过传统方法在表面形成长距离缓斜坡，而所述斜坡通常是形成半导体器件的关键结构之一。以碳化硅半导体为例，其宽禁带和高热导率特性使其成为高压、大电流应用中的较佳选择。由于高压电力电子器件的终端面积占比较大，其面积的减小是降低电力电子器件成本的重要途径。高压器件的终端中，理论面积效率较高的是连续渐变掺杂结终端扩展，然而由于碳化硅材料中常用的P型掺杂铝扩散速率低，难以通过如同硅电力电子器件中的扩散方法形成连续渐变掺杂结终端扩展。因此，碳化硅材料中需要通过其他方式来形成长距离渐变的掺杂浓度分布。

在实现该技术的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

目前长距离渐变的掺杂浓度分布实现方法有三种：1)采用硼注入，2)分批次多轮刻蚀或注入，以及3)将光刻胶烘烤成倾斜的碳膜作为注入掩膜。它们各自的问题是：

1)硼激活能比铝高约40％，且注入后存在深能级(D中心)和异常扩散问题；

2)多轮工艺将成倍增加工艺时间及成本，包括掩膜生长、光刻、离子注入等，实用性较低；

3)碳膜转化不是常规工艺，转化过程及最终形貌依赖于光刻胶的化学成分，终端形貌和注入能量受限，同时器件将经历额外的热过程。

因此，对于高压碳化硅器件，一种低成本、可重复的工艺流正被期待着被提出，而长距离缓斜坡正是实现这种工艺流的关键步骤之一。另一方面，由于碳化硅物理和化学性质十分稳定，难以通过常规方法在电力电子器件制造过程中形成这样的长距离缓斜坡，因此目前技术中并未有着重提出针对这类性质稳定的半导体表面长距离缓斜坡的制造方法。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明公开提供了一种渐变光刻版图、一种半导体表面渐变微坑的制造方法和一种半导体表面长距离缓斜坡的制造方法，解决了背景技术中存在的问题，并通过器件流片完成了实验验证。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种用于半导体表面制造的渐变光刻版图：

所述的渐变光刻版图采用黑白版图，其构成为完全不透光区域的阵列和完全透光区域的阵列，完全不透光区域和完全透光区域交替交错排列布置于版图表面，且具有比例渐变特征和完全交错特征；比例渐变特征是指，相邻的完全不透光区域和完全透光区域的两种区域的面积比例，由一侧向另一侧逐渐变化；完全交错特征是指，完全不透光区域和完全透光区域在任意一行或任意一列均交替出现；其中，行列阵列为平行的直线列和平行的直线行相垂直构成的矩形阵列，或者为同圆心的径向列和圆弧行相垂直构成的扇形阵列；相邻行之间可以具有间隙，也可以不具有间隙；间隙可以由完全透光区域构成，或者由完全不透光区域构成。

比例渐变特征使得后续刻蚀的整体形貌呈现出渐变的斜坡状，完全交错特征可使得后续刻蚀的形貌具有对称性，提高刻蚀后的表面平整度。

特别地，对于中心高外围低的斜坡来说，所使用的光刻版图的渐变特征为由中心向外围逐渐增加完全透光区域的比例。这样，可以使得在后续光刻步骤中，形成由中心向外围逐渐变稀疏的半导体表面覆盖物，该覆盖物将作为下一步刻蚀的掩膜。

所述渐变光刻版图中，完全不透光区域由若干完全不透光区域组成基本单元组成，完全透光区域由若干完全透光区域组成基本单元组成，完全不透光区域和完全透光区域的两种区域组成基本单元沿行列阵列排布，且在任一行内以及任一列内两种区域组成基本单元均完全相互交错布置；行列阵列为平行的直线列和平行的直线行相垂直构成的矩形阵列，或者为同圆心的径向列和圆弧行相垂直构成的扇形阵列。

单个完全透光区域的尺寸小于10微米，单个完全透光区域的尺寸小于10微米。

二、一种半导体表面渐变微坑制造方法，其特征在于：

半导体表面渐变微坑是在原始半导体上通过以光刻和刻蚀为代表的一种加工过程对表面进行加工完成的，加工时首先在半导体上全部涂覆一层光刻胶，接着采用渐变光刻版图进行常规光刻工艺(包括但不限于曝光、显影)形成有图形的掩膜，随后通过干法刻蚀(例如反应离子刻蚀、电感耦合等离子刻蚀等)在半导体表面刻蚀出所述微坑。从而本发明可以不通过将光刻胶转化为碳膜或石墨烯结构或其他类似的半导体表面覆盖物(如光刻胶)转化过程。

由于所述光刻版图为渐变光刻版图，因此最终获得的微坑也是渐变的。同时，在微坑尺寸较小时，干法刻蚀速率会受限于微坑尺寸，导致开口更小的微坑刻蚀速率更慢，在同样的刻蚀时间下也就刻蚀得更浅。因此，渐变微坑在刻蚀后会在表面形成斜坡，且不同位置的斜度可以通过渐变微坑的尺寸、密度(对应于渐变光刻板上的区域尺寸、密度)来控制。

可选地，在加工之前可以在半导体表面生长(或沉积、溅射)一层其他材料(如二氧化硅、镍、钛、铬等)的薄膜，作为后续刻蚀半导体的掩膜，来提高刻蚀的可达到深度。

所述半导体表面覆盖物为光刻胶，具体是首先在半导体表面全部涂覆光刻胶并进行烘烤等预处理，接着将渐变光刻版图置于半导体上方进行曝光和显影，即使光刻机的光源透过渐变光刻版图照射到半导体表面，然后移去渐变光刻版图，并将受照射后的光刻胶在显影液中进行处理以去除光刻胶，使得光刻胶表面形成如渐变光刻版图分布的凹凸微结构，再进行烘烤提高光刻胶的硬度，使其作为下一步刻蚀的掩膜；然后，将带有光刻胶的半导体放入电感耦合等离子体刻蚀机(或反应离子刻蚀机)中，对半导体表面进行刻蚀处理，使得在去除光刻胶处的半导体表面被刻蚀且聚集形成半导体表面渐变微坑，且在聚集形成半导体表面渐变微坑的半导体表面同时形成斜坡。

沿所述渐变光刻版图的完全透光区域的完全透光区域组成基本单元面积占比例逐渐增加渐变方向，制成半导体表面高度降低，且半导体表面的半导体表面渐变微坑尺寸逐渐增大。

采用渐变光刻版图对原始半导体表面的半导体表面覆盖物通过以光刻和刻蚀为代表的一种加工过程处理完成。

三、一种半导体表面长距离缓斜坡的制造方法，方法具体为：将渐变光刻版图置于半导体上方，半导体表面全部涂覆光刻胶，通过光刻机光照透过渐变光刻版图照射到半导体表面去除光刻胶，使得光刻胶表面形成如渐变光刻版图的凹凸微结构；然后，移去渐变光刻版图，对半导体表面进行刻蚀处理，使得半导体表面形成缓斜坡结构。

当制作锥形凸起型半导体表面时，所述渐变光刻版图上，完全透光区域的区域组成基本单元的密度由中心向外逐渐增大，完全不透光区域的区域组成基本单元的密度由中心向外逐渐降低；当制作锥形凹坑型半导体表面时，所述渐变光刻版图上，完全透光区域的区域组成基本单元的密度由中心向外逐渐降低，完全不透光区域的区域组成基本单元的密度由中心向外逐渐增大。

所述渐变光刻版图为圆角凸多边形或者圆形，完全透光区域的区域组成基本单元或者完全不透光区域的区域组成基本单元的密度由中心向外逐渐渐变。

所述渐变光刻版图为圆角凸多边形，圆角正多边形包括圆角和直边；直边所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元以矩形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变且不发生渐变突变；圆角所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元以扇形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变，且所在行区域个数发生突变；

所述渐变光刻版图为圆形，圆形包括圆边，圆角所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元以扇形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变且所在行区域个数突变。

密度由中心向外逐渐渐变且发生渐变突变，具体是：圆角所对应的径向区域沿径向划分为多个弧形区域，相邻的弧形区域之间，位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元尺寸进行细分分割，使得区域组成基本单元尺寸更小：将位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元尺寸设置为位于内侧的弧形区域中的区域组成基本单元尺寸的一半，使得内外侧的弧形区域的面积占比例保持连续；或者将位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元尺寸设置为小于位于内侧的弧形区域中的区域组成基本单元尺寸，使得内外侧的弧形区域的相对密度比变化在-50％-50％。

这样，可以使得在长距离的情况下，即使是光刻版图的圆角或圆边最外侧也能保持密集的两种区域的交错，从而提高后续刻蚀结果的均匀性。优选地，此处外侧的组成单元的尺寸变为内侧尺寸的一半，而区域个数增加一倍，从而保持突变前后两区域的密度不变，因此能够保持从中心到外围密度变化的连续性。这样，通过增加区域个数，可以增加两种区域相互交错的频率，使得后续刻蚀的获得理论更佳的均匀性。

本发明利用所述渐变光刻版图来形成半导体表面渐变微坑和半导体表面长距离缓斜坡的制造方法，包括光刻和刻蚀两个步骤，其中：所述方法利用了第一方面中所述渐变光刻版图，在光刻步骤中形成了渐变的半导体表面覆盖物；方法利用了刻蚀中的各向同性和各向异性的可调节性，以及所述半导体表面覆盖物之间的间距对所述刻蚀的速率影响。

所述刻蚀是通过干法刻蚀完成的。

所述干法刻蚀是通过电感耦合等离子刻蚀完成的。这样，可以使得刻蚀中的所述可调节性得以通过调节刻蚀等离子体成分、等离子体偏压、等离子体启辉功率等参数来实现。

所述电感耦合等离子刻蚀气体成分含四氟化碳或三氟甲烷。这样，可以提高刻蚀速度，减少工艺时间。

所述半导体为碳化硅。

所述半导体结构由三层及以上外延组成，所述半导体结构应用于6千伏电压等级及以上应用。

本发明中，长距离是指半导体尺寸在200微米以上的表面，缓斜坡下最缓斜率能达到0.5纳米/微米。

本发明技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

本发明提供一个实现半导体表面长距离缓斜坡的制造方法，尤其是难以通过化学液体腐蚀形成斜坡的一类半导体，如碳化硅。

本发明借助于渐变光刻版图，实现了目前技术方案中工艺流程最短的技术方案，且所需工艺仅为半导体表面加工技术中常用的光刻与刻蚀，这降低了加工成本，减少了加工时间。

本发明具有扩展性，其来源于光刻版图渐变特征的任意性。这使得渐变斜坡在加工器件性能足够的情况下进行无限延长，并且其表面形貌可以是任意曲线。同时本发明第一方面的第二种可能实现中的突变特征使得在完全透光和完全不透光两种区域密度比保持连续变化的情况下，整体版图内外的单位面积的区域交错数量保持相对稳定。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种渐变光刻版图的局部特征，以及基于所述光刻版图所加工形成的表面渐变微坑，其中：

101为所述渐变光刻版图的局部示例，102为所述渐变光刻版图上的完全透光区域，103为所述渐变光刻版图上的完全不透光区域，104为以光刻和刻蚀为代表的一种加工过程，105为所述半导体表面，106为所述加工过程所形成的表面渐变微坑中的一处微坑，107为所述完全透光区域与完全不透光区域的间隙；

图2是根据一示例性实施例示出的一种基于渐变光刻版图的半导体表面长距离缓斜坡形貌，其中：

201为半导体表面可能的特意保留的未加工区域及其上的表面电极，202为所述半导体表面长距离缓斜坡，203为所述斜坡的局部，其放大后示例性的特别为图1中105；

图3是根据一示例性实施例示出的一种基于渐变光刻版图的半导体表面长距离缓斜坡形貌的剖面图，其中：

301为半导体表面可能的特意保留的未加工区域，302为半导体，303为缓斜坡结构；

图4是根据一示例性实施例示出的一种整体呈圆角矩形的渐变光刻版图，其中：

401为渐变光刻版图中心可能的特意保留的不加工区域，402为圆角，403为直边，404为所述渐变光刻版图的局部放大图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种整体呈圆形的渐变光刻版图，其中：

501为渐变光刻版图中心可能的特意保留的不加工区域，502为圆边，503为所述渐变光刻版图的局部放大图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种整体呈圆角矩形的渐变光刻版图圆角部分402的放大图，其中：

601为渐变光刻版图圆角边最外侧部分，602为渐变光刻版图直边最内侧部分，603为渐变光刻版图圆角边最内侧边缘；

图7是根据一示例性实施例示出所述渐变光刻板中完全透光与完全不透光区域单元的相互关系，其中：

701为完全不透光区域组成基本单元，702为完全透光区域组成基本单元，703为不包含突变特征的版图的某一行；704为703所在行引入突变特征后的变化示例；

图8是根据一示例性实施例示出的一种渐变光刻版图圆角部分402的实际刻蚀结果，其中：

801为内侧弧形区域，802为中间弧形区域，803为外侧弧形区域，804为渐变光刻板完全透光区域保持密度连续渐变的情况下，各单元尺寸发生突变的一处示例图；

图9是根据一示例性实施例示出的一种基于本发明的碳化硅半导体表面长距离缓斜坡形貌测量结果，该测量通过高精度台阶仪完成。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

如图1所示，渐变光刻版图101采用黑白版图，其构成为完全不透光区域103的阵列和完全透光区域102的阵列，有且仅由完全不透光区域103和完全透光区域102组成，完全不透光区域103和完全透光区域102交替交错排列布置于版图表面，且具有比例渐变特征和完全交错特征；比例渐变特征是指，相邻的完全不透光区域103和完全透光区域102的两种区域的面积比例，由一侧向另一侧逐渐变化；完全交错特征是指，完全不透光区域103和完全透光区域102在任意一行或任意一列均交替出现；其中，行列阵列为平行的直线列和平行的直线行相垂直构成的矩形阵列，或者为同圆心的径向列和圆弧行相垂直构成的扇形阵列；相邻行之间可以具有间隙107，也可以不具有间隙107；间隙107可以由完全透光区域102构成，或者由完全不透光区域103构成。

渐变光刻版图101中，完全不透光区域103由若干完全不透光区域组成基本单元701组成，完全透光区域102由若干完全透光区域组成基本单元702组成，如图7所示，完全不透光区域103和完全透光区域102的两种区域组成基本单元701、702沿行列阵列排布，且在任一行内以及任一列内两种区域组成基本单元701、702均完全相互交错交替布置；行列阵列为平行的直线列和平行的直线行相垂直构成的矩形阵列，或者为同圆心的径向列和圆弧行相垂直构成的扇形阵列。

沿任一行/列方向，相邻完全不透光区域组成基本单元701之间均设置完全透光区域组成基本单元702，相邻完全透光区域组成基本单元702之间设置完全不透光区域组成基本单元701，相邻完全不透光区域组成基本单元701之间具有间隙703或者不具有间隙703。

具体实施中，渐变光刻版图101采用玻璃，在玻璃全部覆上金属铬，选择性腐蚀铬形成完全透光区域102，未腐蚀铬形成完全不透光区域103。

单个完全透光区域102即(完全透光区域组成基本单元702)的尺寸小于10微米，单个完全透光区域103即(完全不透光区域组成基本单元701)的尺寸小于10微米。

其中，尺寸的定义根据区域的形状不同而不同，如对于矩形来说为长或宽中最大值，对于圆形来说为直径，但单个区域形状并不局限于上述两种。

渐变光刻版图101的形成单个斜坡303的部分整体尺寸长、宽或半径大于200微米。

半导体为碳化硅，刻蚀是通过电感耦合等离子刻蚀完成的，长距离缓斜坡长度303大于200微米，最缓部分的斜度小于0.5纳米/微米。

具体实施中，半导体表面渐变微坑106是在原始半导体上通过以光刻和刻蚀为代表的一种加工过程104对表面进行加工完成的，加工时首先在半导体上全部涂覆一层光刻胶，接着采用渐变光刻版图101进行常规光刻工艺形成有图形的掩膜，随后通过干法刻蚀在半导体表面刻蚀出微坑106。

半导体表面覆盖物为光刻胶，具体是首先在半导体表面全部涂覆光刻胶并进行烘烤等预处理，接着将渐变光刻版图101置于半导体上方进行曝光和显影，即使光刻机的光源透过渐变光刻版图101照射到半导体表面105，然后移去渐变光刻版图101，并将受照射后的光刻胶在显影液中进行处理以去除光刻胶，使得光刻胶表面形成如渐变光刻版图101分布的凹凸微结构，再进行烘烤提高光刻胶的硬度，使其作为下一步刻蚀的掩膜；然后，将带有光刻胶的半导体放入电感耦合等离子体刻蚀机中，对半导体表面105进行刻蚀处理，使得在去除光刻胶处的半导体表面105被刻蚀且聚集形成半导体表面渐变微坑106，且在聚集形成半导体表面渐变微坑106的半导体表面105同时形成斜坡。

光照下光刻胶会按照渐变光刻版图101图形图案被去除形成如渐变光刻版图101的凹凸微结构，凹结构形成刻蚀槽，凹凸微结构下经刻蚀会使得半导体表面105同样形成如渐变光刻版图101的凹凸微结构。同时，刻蚀过程也会对刻蚀槽侧壁进行横向刻蚀，使得刻蚀槽之间的半导体被部分地刻蚀，使得不同的刻蚀槽逐渐扩展成刻蚀微坑106，并最终连贯成一个渐变的斜坡202。

沿渐变光刻版图101的完全透光区域102的完全透光区域组成基本单元702面积占比例逐渐增加渐变方向，密度即为完全透光区域组成基本单元702在自身所在附近区域所占的面积比例，制成半导体表面105高度降低，形成倾斜向下的斜坡，且半导体表面105的半导体表面渐变微坑106尺寸逐渐增大。反之，沿渐变光刻版图101的完全不透光区域101的完全不透光区域组成基本单元701面积占比例逐渐增加渐变方向，密度即为完全不透光区域组成基本单元701在自身所在附近区域所占的面积比例，制成半导体表面105高度增大，形成倾斜向上的斜坡，且半导体表面105的半导体表面渐变微坑106尺寸逐渐减小。

通过本发明实施实验，单个半导体表面渐变微坑106尺寸在20微米及以下，本发明通过10微米尺寸的完全透光区域102，以中心为30％的完全透光区域102、70％的完全不透光区域103，到外围100％的完全透光区域102、0％的完全不透光区域103，中间过渡呈指数函数逐渐减少完全不透光区域103。按上述密度排布的渐变光刻版图能够形成20微米及以下尺寸的半导体表面渐变微坑106。事实上，在两种区域比例变化时，其尺寸也相应发生变化，故上述尺寸值可作为最大值理解。

具体实施中，半导体表面长距离缓斜坡制备为：将渐变光刻版图101置于半导体上方，半导体表面105全部涂覆光刻胶，通过光刻机光照透过渐变光刻版图101照射到半导体表面105去除光刻胶，使得光刻胶表面形成如渐变光刻版图101的凹凸微结构；然后，移去渐变光刻版图101，对半导体表面105进行刻蚀处理，使得长距离的半导体表面105形成缓斜坡结构303。具体实施中，在实现缓斜坡结构303的同时在半导体表面105也具有渐变微坑的微结构。

如图2所示，当制作锥形凸起型半导体表面101时，渐变光刻版图101上，完全透光区域102的区域组成基本单元702的密度由中心向外逐渐增大，完全不透光区域101的区域组成基本单元701的密度由中心向外逐渐降低。

当制作锥形凹坑型半导体表面101时，渐变光刻版图101上，完全透光区域102的区域组成基本单元702的密度由中心向外逐渐降低，完全不透光区域101的区域组成基本单元701的密度由中心向外逐渐增大。

所使用的光刻版图的渐变特征为由中心向外围逐渐增加完全透光区域102的比例，减少完全不透光区域103的比例。这样，可以使得在后续光刻步骤中，形成由中心向外围逐渐变稀疏的半导体表面覆盖物，该覆盖物将作为下一步刻蚀的掩膜，并在刻蚀后在半导体表面形成中心高外围低的斜坡202。

若渐变光刻版图101为圆角凸多边形，具体实施中圆角正多边形为圆角方形，圆角402和直边403交替依次衔接围成圆角正多边形，圆角正多边形包括圆角402和直边403；直边403所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元701、702以矩形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变且不发生渐变突变；圆角402所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元701、702以扇形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变，且所在行区域个数发生突变，例如703为个数不突变，704为个数突变。

若渐变光刻版图101为圆形，圆形包括圆边502，圆角402所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元701、702以扇形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变且所在行区域个数突变。

密度由中心向外逐渐渐变且发生渐变突变，具体是：圆角402所对应的径向区域沿径向划分为多个弧形区域，相邻的弧形区域之间，位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元701/702尺寸进行细分分割，使得区域组成基本单元701/702尺寸更小：将位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元701/702尺寸设置为位于内侧的弧形区域中的区域组成基本单元701/702尺寸的一半，使得内外侧的弧形区域的面积占比例保持连续；或者将位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元701/702尺寸设置为小于位于内侧的弧形区域中的区域组成基本单元701/702尺寸，使得内外侧的弧形区域的密度比变化在-50％-50％。

这样，可以使得在长距离的情况下，即使是光刻版图的圆角或圆边最外侧也能保持密集的两种区域的交错，从而提高后续刻蚀结果的均匀性。优选地，此处外侧的组成单元的尺寸变为内侧尺寸的一半，而区域个数增加一倍，从而保持突变前后两区域的密度不变，因此能够保持从中心到外围密度变化的连续性。这样，通过增加区域个数，可以增加两种区域相互交错的频率，使得后续刻蚀的获得理论最佳的均匀性。

如图7所示，图7(A)表示不加入突变特征的渐变光刻板图，图7(B)表示图7(A)中703行加入突变特征后的渐变光刻版图。其中，这里突变特征的参数为，突变行组成单元的尺寸变为原有尺寸的一半，而区域个数增加一倍，不包含突变特征的版图的某一行703变化后为704。

圆角正多边形或圆形的渐变光刻版图101中央设置有缺口，作为可能的特意保留的不加工区域401/501，圆角正多边形的渐变光刻版图101设有同样圆角正多边形形状的不加工区域401，圆形的渐变光刻版图101设有同样圆形形状的不加工区域501，不加工区域401/501处的半导体302表面未进行刻蚀等加工，进而形成表面电极201。

渐变光刻版图101从内向外的渐变特征起始点可以不是中心，而是不加工区域401/501的外边缘。这样，可以使得斜坡可应用于功率器件的终端制造，其中无渐变特征区域可用于形成功率器件电极区域的掩膜层，在后续刻蚀过程中对该区域进行保护。

本发明实施例如下：

实施例1具体如下：

渐变光刻版图101采用黑白版图，分为完全不透光区域103和完全透光区域102两种区域，有且仅由完全不透光区域103和完全透光区域102组成，完全不透光区域103和完全透光区域102交替交错布置于版图表面且具有渐变特征。

在本实施中，采用了整体为圆形的渐变光刻版图101，如图4。

渐变光刻版图101为圆角方环形，圆角方环形中央设置有缺口作为无渐变特征区域，作为可能的特意保留的不加工区域401，不加工区域401也为圆角方形。圆角方环形包括圆角402和直边403，圆角402和直边403交替依次衔接围成圆角方环形，直边403所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元701、702以矩形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变且不发生渐变突变；图4中的404局部放大中可见，圆角402所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元701、702以扇形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变，且在发生渐变突变。

如图4所示，渐变光刻版图101上，完全透光区域102的区域组成基本单元702的密度由中心向外逐渐增大，完全不透光区域101的区域组成基本单元701的密度由中心向外逐渐降低，从内向外的渐变特征起始点是不加工区域401的外边缘，即图6中的渐变光刻版图直边最内侧边缘602和渐变光刻版图圆角边最内侧边缘603起始。这样，可以使得所述斜坡可应用于功率器件的终端制造，其中无渐变特征区域可用于形成功率器件电极区域的掩膜层，在后续刻蚀过程中对该区域进行保护。

其中，作为中心无渐变特征区域的不加工区域401的直径为400微米，其外部有渐变特征区域的单边长度为400微米。渐变特征区域中完全不透光区域逐渐减少，完全透光区域的面积逐渐增加。中心为30％的完全透光区域102、70％的完全不透光区域103，到外围100％的完全透光区域102、0％的完全不透光区域103，中间过渡呈指数函数逐渐减少完全不透光区域103。

如图4所示，将圆角402所对应的同一径向区域沿径向划分为如图8所示的内侧弧形区域801、中间弧形区域802和外侧弧形区域803的三个内中外弧形区域。

在内侧弧形区域801最内侧，完全不透光区域组成基本单元701的周向长度5.6微米，径向长度3微米。完全透光区域组成基本单元702的幅向长度2.4微米，径向长度3微米。

在外侧弧形区域803靠近最外侧的边缘处，完全不透光区域组成基本单元701的幅向长度1微米，径向长度3微米。完全透光区域组成基本单元702的幅向长度10微米，径向长度3微米。

在外侧弧形区域最外侧部分601外为完全透光区域，如附图6中的外轮廓粗线。

渐变突变例如在图6中的中间弧形区域802和外侧弧形区域803之间的804处，完全透光区域组成基本单元的周向长度超过直边403同一行的完全透光区域长度的两倍时发生，即，将位于外侧弧形区域803中的区域组成基本单元701/702尺寸设置为位于中间弧形区域802中的区域组成基本单元701/702尺寸的一半，而区域个数增加一倍，使得突变前后的弧形区域的密度保持不变，这样在保持密度连续变化的同时，增加了区域交错的频率，使得后续刻蚀的获得更佳的均匀性，成型局部如图8。

具体实施中，所述的渐变光刻版图101采用玻璃，在玻璃全部覆上金属铬，选择性腐蚀铬形成完全透光区域102，未腐蚀铬形成完全不透光区域103。

实施例2具体如下：

在本实施中，类似于实施例1，采用了整体为圆形的渐变光刻版图101，如图5。

如图5所示，渐变光刻版图101为圆形，圆形中央设置有缺口，作为可能的特意保留的不加工区域501，不加工区域501也为圆形。图5中的503局部放大中可见，圆形包括圆边502，圆角402所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元701、702以扇形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变且发生渐变突变。

如图5所示，渐变光刻版图101上，完全透光区域102的区域组成基本单元702的密度由中心向外逐渐增大，完全不透光区域101的区域组成基本单元701的密度由中心向外逐渐降低，从内向外的渐变特征起始点是不加工区域501的外边缘。

其中，作为中心无渐变特征区域的不加工区域501的直径为400微米，其外部有渐变特征区域的单边长度为400微米。渐变特征区域中完全不透光区域与完全透光区域的密度比由内向外依次递减，其最大值为70％，最小值为0％。

由于所有圆形区域均为圆边502所对应的径向区域，将所有圆形区域沿径向划分为两个内外的弧形区域。

在内侧弧形区域最内侧，完全不透光区域组成基本单元701的周向长度5.6微米，径向长度3微米。完全透光区域组成基本单元702的幅向长度2.4微米，径向长度3微米。

在外侧弧形区域803靠近最外侧的边缘处，完全不透光区域组成基本单元701的幅向长度1微米，径向长度3微米。完全透光区域组成基本单元702的幅向长度10微米，径向长度3微米。

在外侧弧形区域最外侧部分为完全透光区域，如附图5中的外轮廓粗线。

渐变突变在完全透光区域组成基本单元的辐向长度等于4.8微米处时发生，此时外侧下一环的完全透光区域组成基本单元辐向长度分裂为渐变突变发生前的一半，成型局部类似于图8。

然后采用上述渐变光刻版图101采用以下实验过程进行长距离缓斜坡的制造：渐变光刻版图101置于半导体上方，半导体表面105全部涂覆光刻胶，作为下一步刻蚀的掩膜，通过光刻机光照透过渐变光刻版图101照射到半导体表面105去除光刻胶，使得光刻胶表面形成如渐变光刻版图101的凹凸微结构；然后，移去渐变光刻版图101，对半导体表面105进行刻蚀处理，使得半导体表面105形成缓斜坡结构303。

不加工区域501处的半导体302表面未进行刻蚀等加工，进而形成表面电极201。

加工时首先在半导体上涂覆一层光刻胶，接着进行烘烤以减少光刻胶水分，然后将所述渐变光刻板置于光刻胶正上方，使光刻机的光线通过所述渐变光刻板照射到半导体表面的光刻胶上。移去所述渐变光刻板，将经过照射的光刻胶及其所在的半导体放入显影液中，使得被光照射部分的光刻胶溶解在显影液中。将未溶解部分进行清洗后再次烘烤，以提高稳定性，作为下一步刻蚀的掩膜。此时，半导体表面的光刻胶和渐变光刻板上的不透光区域是对应的。

随后，将带有所述光刻胶的半导体放入干法刻蚀机器，通过电感耦合等离子刻蚀在半导体表面刻蚀出所述微坑106。由于本实施例加工对象为碳化硅，其中刻蚀气体采用四氟化碳和三氟甲烷，刻蚀氛围以氩气为载气。

由于所述光刻版图为渐变光刻版图101，因此最终获得的微坑106也是渐变的。同时，在微坑尺寸较小时，干法刻蚀速率会受限于微坑尺寸，导致开口更小的微坑刻蚀速率更慢，在同样的刻蚀时间下也就刻蚀得更浅。因此，渐变微坑106在刻蚀后会在表面形成斜坡105，且不同位置的斜度可以通过渐变微坑106的尺寸、密度(对应于渐变光刻板101上的区域尺寸、密度)来控制。

在刻蚀完成后，将半导体及剩余光刻胶放入剥离液中，等待剩余光刻胶溶解。最后将半导体表面进行清洗，则得到最终的斜坡。

制成的半导体表面105如图2和图3所示，形成如图2所示的锥形凸起型的长距离缓斜坡结构202，同时也即如如图3所示的锥形凸起型的缓斜坡结构203，在具有长距离缓斜坡的同时在表面具有微观的微坑结构，图2中的斜坡的局部203放大后示例性为图1中的半导体表面105。

实施例中的刻蚀斜坡高度差约2.2微米，斜坡总长度为400微米，最缓区域斜度约为每横向1微米纵向5纳米，该区域长度约150微米，如图9。

由上述实施例及其附图可见，本发明能够实现长距离缓斜坡的半导体表面加工和制造，也降低了加工成本，减少了加工时间。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明公开的一般性原理并包括本发明公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种半导体表面渐变微坑制造方法，其特征在于：

半导体表面渐变微坑（106）是在原始半导体上通过以光刻和刻蚀为代表的一种加工过程（104）对表面进行加工完成的，加工时首先在半导体上全部涂覆一层光刻胶，接着采用渐变光刻版图（101）进行常规光刻工艺形成有图形的掩膜，随后通过干法刻蚀在半导体表面刻蚀出所述微坑（106）；

所述的渐变光刻版图（101）采用黑白版图，其构成为完全不透光区域（103）的阵列和完全透光区域（102）的阵列，完全不透光区域（103）和完全透光区域（102）交替交错排列布置于版图表面，且具有比例渐变特征和完全交错特征；比例渐变特征是指，相邻的完全不透光区域（103）和完全透光区域（102）的两种区域的面积比例，由一侧向另一侧逐渐变化；完全交错特征是指，完全不透光区域（103）和完全透光区域（102）在任意一行或任意一列均交替出现；其中，行列阵列为平行的直线列和平行的直线行相垂直构成的矩形阵列和同圆心的径向列和圆弧行相垂直构成的扇形阵列共同组成，或者为同圆心的径向列和圆弧行相垂直构成的扇形阵列；相邻行之间可以具有间隙（107），也可以不具有间隙（107）；间隙（107）可以由完全透光区域（102）构成，或者由完全不透光区域（103）构成；

首先在半导体表面全部涂覆光刻胶并进行烘烤预处理，接着将所述的渐变光刻版图（101）置于半导体上方进行曝光和显影，即使光刻机的光源透过渐变光刻版图（101）照射到半导体表面（105），然后移去渐变光刻版图（101），并将受照射后的光刻胶在显影液中进行处理以去除光刻胶，使得光刻胶表面形成如渐变光刻版图（101）分布的凹凸微结构，再进行烘烤提高光刻胶的硬度，使其作为下一步刻蚀的掩膜；然后，将带有光刻胶的半导体放入电感耦合等离子体刻蚀机中，对半导体表面（105）进行刻蚀处理，使得在去除光刻胶处的半导体表面（105）被刻蚀且聚集形成半导体表面渐变微坑（106），且在聚集形成半导体表面渐变微坑（106）的半导体表面（105）同时形成斜坡。

2.根据权利要求1所述的一种半导体表面渐变微坑制造方法，其特征在于：

沿所述渐变光刻版图（101）的完全透光区域（102）的完全透光区域组成基本单元（702）面积占比例逐渐增加渐变方向，制成半导体表面（105）高度降低，且半导体表面（105）的半导体表面渐变微坑（106）尺寸逐渐增大。

3.一种半导体表面长距离缓斜坡的制造方法，其特征在于：采用渐变光刻版图（101）对原始半导体表面的半导体表面覆盖物通过以光刻和刻蚀为代表的一种加工过程（104）处理完成，方法具体为：将所述的渐变光刻版图（101）置于半导体上方，半导体表面（105）全部涂覆光刻胶，通过光刻机光照透过渐变光刻版图（101）照射到半导体表面（105）去除光刻胶，使得光刻胶表面形成如渐变光刻版图（101）的凹凸微结构；然后，移去渐变光刻版图（101），对半导体表面（105）进行刻蚀处理，使得半导体表面（105）形成缓斜坡结构（303）；

所述的渐变光刻版图（101）采用黑白版图，其构成为完全不透光区域（103）的阵列和完全透光区域（102）的阵列，完全不透光区域（103）和完全透光区域（102）交替交错排列布置于版图表面，且具有比例渐变特征和完全交错特征；比例渐变特征是指，相邻的完全不透光区域（103）和完全透光区域（102）的两种区域的面积比例，由一侧向另一侧逐渐变化；完全交错特征是指，完全不透光区域（103）和完全透光区域（102）在任意一行或任意一列均交替出现；其中，行列阵列为平行的直线列和平行的直线行相垂直构成的矩形阵列和同圆心的径向列和圆弧行相垂直构成的扇形阵列共同组成，或者为同圆心的径向列和圆弧行相垂直构成的扇形阵列；相邻行之间可以具有间隙（107），也可以不具有间隙（107）；间隙（107）可以由完全透光区域（102）构成，或者由完全不透光区域（103）构成。

4.根据权利要求3所述的一种半导体表面长距离缓斜坡的制造方法，其特征在于：当制作锥形凸起型的半导体表面（105）时，所述渐变光刻版图（101）上，完全透光区域（102）的区域组成基本单元（702）的密度由中心向外逐渐增大，完全不透光区域（103）的区域组成基本单元（701）的密度由中心向外逐渐降低；当制作锥形凹坑型的半导体表面（105）时，所述渐变光刻版图（101）上，完全透光区域（102）的区域组成基本单元（702）的密度由中心向外逐渐降低，完全不透光区域（103）的区域组成基本单元（701）的密度由中心向外逐渐增大。

5.根据权利要求3所述的一种半导体表面长距离缓斜坡的制造方法，其特征在于：所述渐变光刻版图（101）为圆角凸多边形或者圆形，完全透光区域（102）的区域组成基本单元（702）或者完全不透光区域（103）的区域组成基本单元（701）的密度由中心向外逐渐渐变；

所述渐变光刻版图（101）为圆角凸多边形，圆角正多边形包括圆角（402）和直边（403）；直边（403）所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元（701、702）以矩形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变且不发生渐变突变；圆角（402）所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元（701、702）以扇形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变，且所在行区域个数发生突变；

或者，所述渐变光刻版图（101）为圆形，圆形包括圆边（502），圆角（402）所对应的径向区域中，两种区域组成基本单元（701、702）以扇形阵列交错排布，且密度由中心向外逐渐渐变且所在行区域个数突变。

6.根据权利要求5所述的一种半导体表面长距离缓斜坡的制造方法，其特征在于：密度由中心向外逐渐渐变且发生渐变突变，具体是：圆角（402）所对应的径向区域沿径向划分为多个弧形区域，相邻的弧形区域之间，位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元（701/702）尺寸进行细分分割，使得区域组成基本单元（701/702）尺寸更小：将位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元（701/702）尺寸设置为位于内侧的弧形区域中的区域组成基本单元（701/702）尺寸的一半，使得内外侧的弧形区域的面积占比例保持连续；或者将位于外侧的弧形区域中的区域组成基本单元（701/702）尺寸设置为小于位于内侧的弧形区域中的区域组成基本单元（701/702）尺寸，使得内外侧的弧形区域的密度比变化在-50%-50%。

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