[发明专利]一种利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是涉及一种利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)材料作为第三代宽带隙半导体材料，具有高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移速率等特点，在高温、高频、大功率、抗辐射等领域，尤其是高温或强腐蚀性等恶劣环境中具有巨大的应用潜力。

对于SiC栅槽结构器件如UMOSFET、Trench Gate IGBT以及SiC MEMS器件三维结构器件，刻蚀形貌、刻蚀损伤以及刻蚀表面残留物等均对SiC器件的研制及性能有很大的影响。刻蚀碳化硅的主要困难在于碳化硅材料具有很高的机械硬度和化学稳定性。实际工艺证明，以往在Si器件中积累了丰富经验的且一直沿用至今的用酸碱溶液等进行的湿法刻蚀已经完全不能应用于SiC器件的制造工艺之中，因此常采用的SiC刻蚀方法多为干法刻蚀。为了增大SiC器件的击穿电场强度、提高器件稳定性并增大沟道迁移率，栅槽的刻蚀结果应该包括高刻蚀速率、各向异性没有微沟槽效应、刻蚀表面光滑没有残留物。SiC刻蚀一般采用金属作为掩膜保证高刻蚀选择比，由于采用单层金属作为掩膜，在金属生长过程中与SiC衬底直接接触，金属元素向SiC发生扩散造成元素污染。因此亟需一种能够克服以上缺点的刻蚀SiC的方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法，用于解决现有技术中采用单层金属作为掩膜会造成金属元素污染SiC的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法，所述方法至少包括：

1)提供SiC外延片，在所述SiC外延片表面生长氧化物掩膜层；

2)在所述SiC外延片待刻蚀区域的所述氧化物掩膜层表面形成光刻胶层；

3)在所述氧化物掩膜层和所述光刻胶层表面形成金属掩膜层；

4)去除所述光刻胶层以及所述光刻胶层表面的金属掩膜层，形成刻蚀窗口；

5)通过所述刻蚀窗口刻蚀所述氧化物掩膜层和SiC外延片至所需深度；

6)去除剩余的所述金属掩膜层和所述氧化物掩膜层，获得SiC栅槽结构。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述步骤1)中，在所述SiC外延片表面生长氧化物掩膜层之前，还包括对所述SiC外延片进行清洗的步骤。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述步骤1)中，通过原子层沉积技术在所述SiC外延片表面生长10～50nm的氧化物掩膜层。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述氧化物掩膜层为Al₂O₃，HfO₂或者La₂O₃。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述步骤2)的具体过程为：首先在所述氧化物掩膜层整个表面涂覆光刻胶材料，然后依次进行曝光、显影和坚膜步骤，将所述待刻蚀区域之外的光刻胶材料去除。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述步骤3)中，通过电子束蒸发工艺在所述氧化物掩膜层和所述光刻胶层表面形成金属掩膜层。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述金属掩膜层材料为Ni、Cu或者Al。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述金属掩膜层的厚度范围为80～150nm。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述步骤4)中，通过金属剥离工艺去除所述光刻胶层以及所述光刻胶表面的金属掩膜层，形成刻蚀窗口。

作为本发明利用金属/氧化物双层掩膜结构刻蚀SiC的方法的一种优化的方案，所述步骤5)中，采用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀所述氧化物掩膜层和SiC外延片至所需深度，采用的刻蚀气体为SF₆与O₂的混合气体，流量比(3～5):1，刻蚀气体总流量为15～20sccm，刻蚀的压强为1.5～2.5mtorr，温度为25～60℃，源功率为600～750W，射频功率为100～150W。