[发明专利]一种碳化硅斜角台面刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅斜角台面刻蚀方法，该方法包括下述步骤：在碳化硅样品上沉积第一层刻蚀掩膜层，然后在第一层刻蚀掩膜层上涂覆光刻胶，通过光刻工艺形成台面的图形转移；去除光刻胶后在表面沉积第二层刻蚀掩膜层，再通过刻蚀工艺进行无掩膜的整体刻蚀去除表面大部分的第二层刻蚀掩膜层，并在侧壁形成倾斜的侧墙结构；使用刻蚀后第二层刻蚀掩膜层作为干法刻蚀掩膜层，对碳化硅样品进行干法刻蚀；干法刻蚀完毕之后去除刻蚀掩膜层完成刻蚀；本发明解决现有技术中对SiC材料进行干法刻蚀所存在的缺点，使碳化硅材料形成不同侧壁形貌。

技术领域

本发明涉及的是条宽损失可控的斜角台面形成方法，具体涉及的是一种碳化硅斜角台面刻蚀方法。

背景技术

碳化硅(Silicon Carbide， 简称SiC)作为一种宽禁带半导体材料，不但击穿电场强度高、热稳定性好、还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，在高温、高频、大功率器件和集成电路制作领域有着广阔的应用前景。其物理特性与Si材料的比较如下表1所示，SiC的禁带宽度是常规半导体Si材料的三倍，因此具有很高的临界移位能，这使它具有高的抗电磁波冲击和抗辐射能力，SiC器件的抗中子能力至少是Si器件的4倍。SiC抗辐照的另一个诱人之处在于它的高温特性和高的击穿电场，它的击穿电场几乎为Si和GaAs的10倍。其次，SiC的高击穿电场使其器件设计时，器件的漂移区或基区也不必太长，电阻率不必选择太高，通态比电阻会大大降低。与Si基器件相比，实现相同阻断能力的情况下阻断区仅为Si基器件的1/10，而更薄的阻断区同样可以降低其正向导通电阻。另一方面，SiC材料3倍于Si的高热导率可以极大地降低冷却系统的复杂性与体积，也可以在高温下更长时间的稳定工作。

表1 SiC/Si材料物理特性表

在SiC微波及功率器件中，台面结构是肖特基二极管、PiN二极管、静态感应晶体管、结型场效应晶体管等常用的结构，所以如何制作平滑的带正斜角且底部平滑的台面结构从而优化电场集中效应是实现器件性能及可靠性的关键方法。

在SiC器件制作中，实现台面结构的常用方法是：采用光刻方法形成台面图形，然后再采用大面积电子束垂直蒸发Ni、Al等金属掩膜层，通过湿法剥离工艺形成台面金属掩膜，采用反应离子刻蚀或者感应耦合等离子体刻蚀工艺，通过调节功率高低和气体流量、腔室气压等条件控制刻蚀得到不同高度和有一定陡峭度的台面。

后续技术中引入了电介质刻蚀掩膜解决了金属掩膜形成碳化硅台面时出现的边缘毛刺问题、底部因金属微溅射出现的尖峰问题及高温时易发生的金属离子污染等问题。

Toru Hiyoshi在2008年的IEEE Transactions On Electron Devices上报道的“Simulation and Experimental Study on the Junction Termination Structure forHigh-Voltage 4H-SiC PiN Diodes”中描述了带斜角的台面结构对缓解功率器件的电场集中效应有所缓解，能够有效地提升器件的反向击穿特性。该种方法通过引入湿法腐蚀从而形成带斜角的电介质掩膜层，并以该掩膜层作为碳化硅的刻蚀掩膜采用干法刻蚀从而形成带斜角的碳化硅台面结构。然而采用该种方法获得的台面结构由于采用了湿法腐蚀后的电介质作为刻蚀掩膜，会带来条宽损失过大，另一方面，湿法腐蚀的引入会降低工艺的可控性与重复性。一种碳化硅斜角台面刻蚀方法，解决了斜角台面条宽损失较大的问题，并且通过形成机侧墙结构实现自对准工艺从而保证了碳化硅台面的注入，保证了台面底部区域表面平滑。

发明内容

本发明提出的是一种碳化硅斜角台面刻蚀方法，其目的是通过刻蚀掩膜的优化，改善碳化硅斜角台面形成中条宽损失过大，提高表面平滑性和解决台面底部波浪问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

步骤一：在碳化硅样品上采用气相化学沉积设备沉积第一层刻蚀掩膜层；