CN103646876A

CN103646876A - 一种陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法

Info

Publication number: CN103646876A
Application number: CN201310743899.1A
Authority: CN
Inventors: 陆敏; 田亮; 张昭; 杨霏
Original assignee: State Grid Smart Grid Research Institute of SGCC; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: State Grid Smart Grid Research Institute of SGCC; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-30
Also published as: CN103646876B

Abstract

本发明涉及SiC器件的制作技术，具体涉及一种陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法。该方法包括依次进行的SiC材料清洗、沉积掩膜层、光刻、干法刻蚀掩膜层、去胶和干法刻蚀SiC材料步骤，其特征在于，在步骤干法刻蚀掩膜层和去胶之间增加湿法腐蚀光滑掩膜层步骤，通过控制陡直光滑侧壁形貌的掩膜，获得陡直光滑侧壁形貌的SiC。本发明提供的方法突破依靠同时调节干法刻蚀掩膜层工艺和干法刻蚀SiC材料工艺的狭窄工艺窗口的技术障碍，实现宽工艺窗口的工艺技术，且该方法便捷快速，经济可靠。

Description

一种陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法

技术领域

本发明涉及SiC器件的制作技术，具体涉及一种陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法。

背景技术

半导体刻蚀既是半导体表面加工的一种方法，也是半导体器件制备工艺中很重要的图形化手段。

在SiC材料的刻蚀中，SiC材料的高硬度和化学稳定性使其只能在高温下(约1200摄氏度)进行腐蚀，这种高温加工工艺既不能满足人们在器件制造中所要求的刻蚀精度，也为刻蚀掩膜材料的选择造成极大的困难，为此现今广泛采用干法刻蚀工艺对SiC材料进行刻蚀。SiC材料的干法刻蚀工艺一般为：SiC材料清洗、沉积掩膜层、光刻、干法刻蚀掩膜层、去胶、干法刻蚀SiC材料，从而在SiC材料上形成一刻蚀台阶形貌。采用该方法获得的台阶一般较陡直，但是侧壁一般较粗糙。在SiC高压器件中，粗糙的侧壁形貌会极大的影响器件的性能，如击穿电压降低、反向电流增加等。因此陡直光滑的SiC刻蚀侧壁形貌是器件制备成功的基本保证。

为了控制SiC刻蚀台阶的陡直度和侧壁粗糙度，目前主要通过同时调节干法刻蚀掩膜层工艺和干法刻蚀SiC材料工艺来优化工艺，由于两步刻蚀工艺涉及的工艺参量很多，一方面费财费时，另一方面最终获得的工艺窗口很窄，对器件制备的工艺稳定性和器件的可靠性带来严重的影响。有时就根本无法同时实现陡直和光滑的刻蚀侧壁形貌。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法，该方法突破依靠同时调节干法刻蚀掩膜层工艺和干法刻蚀SiC材料工艺的狭窄工艺窗口的技术障碍，实现宽工艺窗口的工艺技术，且该方法便捷快速，经济可靠。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法，所述方法包括依次进行的SiC材料清洗、沉积掩膜层、光刻、干法刻蚀掩膜层、去胶和干法刻蚀SiC材料步骤，其改进之处在于，在步骤干法刻蚀掩膜层和去胶之间增加湿法腐蚀光滑掩膜层步骤，通过控制陡直光滑侧壁形貌的掩膜，获得陡直光滑侧壁形貌的SiC。

进一步地，所述SiC材料清洗包括如下清洗步骤：

（1）采用1#清洗液：氨水：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°，时间5分；2#清洗液：盐酸：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°时间5分；BOE清洗液：氢氟酸：氟化铵=1:20，常温，时间30秒；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用；或

（2）采用1#清洗液：氨水：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°，时间5分；BOE清洗液：氢氟酸：氟化铵=1:20，常温，时间30秒；2#清洗液：盐酸：双氧水：纯水=1:1:5，温度70°时间5分；BOE清洗液：氢氟酸：氟化铵=1:20，常温，时间30秒；异丙醇超声5分；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用。

进一步地，所述掩膜层包括氧化硅和氮化硅硬掩膜层；沉积掩膜层包括离子体增强化学气相沉积方法PECVD、等离子体化学气相淀积ICPCVD和物理气相沉积方法PVD。

进一步地，所述光刻包括涂胶、前烘、曝光、后烘、显影和坚膜工艺步骤。

进一步地，所述干法刻蚀掩膜层包括反应离子刻蚀掩膜层和感应耦合等离子体刻蚀掩膜层。

进一步地，所述湿法腐蚀光滑掩膜层包括采用BOE清腐蚀液对干法刻蚀形成的掩膜层进行腐蚀，以使掩膜层光滑。

进一步地，所述去胶包括丙酮浸泡、去胶剂去除、氧等离子体去胶和曝光后显影液去胶。

进一步地，所述干法刻蚀SiC材料包括反应离子刻蚀SiC材料和感应耦合等离子体刻蚀SiC材料。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明改变了以往通过同时调节干法刻蚀掩膜层工艺和干法刻蚀SiC材料工艺来实现控制SiC刻蚀台阶的陡直度和侧壁粗糙度的方法，突破传统方法工艺窗口狭窄的技术障碍，该方法工艺窗口很宽，且经济易行。

附图说明

图1是本发明提供的沉积掩膜层后SiC材料的结构示意图；

图2是本发明提供的光刻后SiC材料的结构示意图；

图3是本发明提供的干法刻蚀掩膜层后SiC材料的结构示意图；

图4是本发明提供的湿法腐蚀光滑掩膜层光滑侧壁形貌的结构示意图；

图5是本发明提供的去胶后的光滑侧壁形貌的结构示意图；

图6是本发明提供的干法刻蚀SiC材料后的陡直光滑侧壁形貌的结构示意图；

其中，1-待刻蚀的SiC材料；2-掩膜层；3-光刻胶；

图7是本发明提供的制备陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明需要解决的技术问题是提供一种制备陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法，突破依靠同时调节干法刻蚀掩膜层工艺和干法刻蚀SiC材料工艺的狭窄工艺窗口的技术障碍，实现宽工艺窗口的工艺技术，且该方法便捷快速，经济可靠。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案的流程图如图7所示，包括SiC材料清洗、沉积掩膜层、光刻、干法刻蚀掩膜层、湿法腐蚀光滑掩膜层、去胶、干法刻蚀SiC材料，关键的工艺改进是增加了湿法腐蚀光滑掩膜层，通过控制陡直光滑侧壁形貌的掩膜，从而获得陡直光滑侧壁形貌的SiC。

沉积掩膜层为氧化硅、氮化硅等硬掩膜，可以获得比较高的选择比；掩膜层沉积方法为离子体增强化学气相沉积方法PECVD、等离子体化学气相淀积ICPCVD和物理气相沉积方法PVD，获得的掩膜层品质较高，同时厚度精确可控；掩膜层干法刻蚀方法为RIE、ICP等刻蚀方法，获得的掩膜层刻蚀侧壁陡直；掩膜层湿法腐蚀光滑侧壁方法为BOE、HF等腐蚀方法，可以实现对粗糙的掩膜侧壁进行光滑化处理；去胶方法为有丙酮浸泡、专用去胶剂去除、氧等离子体去胶、曝光后显影液去胶或几种方法的组合等去胶方法，可以彻底去除光刻胶，避免光刻胶沾污造成的微掩膜效应；SiC材料干法刻蚀方法为RIE、ICP等刻蚀方法，可以快速实现对掩膜形貌在SiC材料上的复制，从而获得陡直光滑侧壁形貌的SiC。

实施例一：

1）清洗SiC材料：

对待刻蚀的SiC材料1依次进行如下清洗步骤：

1#清洗液（氨水：双氧水：纯水=1:1:5），温度70°时间5分；2#清洗液（盐酸：双氧水：纯水=1:1:5），温度70°时间5分；BOE清洗液（氢氟酸：氟化铵=1:20），常温，时间30秒；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用。

2）沉积掩膜层：

采用PECVD，即等离子体增强化学气相沉积方法，沉积掩膜层2，其化学成分为SiO2,见图1。根据待刻蚀的SiC材料1需刻蚀的厚度2um和刻蚀选择比5，确定需沉积的掩膜层2的厚度不小于0.4um，考虑工艺偏差，本例中掩膜层2厚度为0.6um,见图1。

3）光刻：

工艺流程如下：

气相涂增粘剂；旋涂光刻胶3，胶型为5214，厚度1.6um；前烘95摄氏度90秒；SUSSMA6光刻机接触曝光7秒；3038显影液显影45s；110°，60s坚膜，见图2。

4）干法刻蚀掩膜层：

Tegal903e-RIE刻蚀机刻蚀掩膜层2，刻蚀参数如下：

CHF3流量40sccm，SF6流量3sccm，刻蚀气压1260mTorr，RF功率300W,刻蚀时间3分，见图3。

5）湿法腐蚀光滑掩膜层：

湿法腐蚀掩膜层2，达到光滑化掩膜侧壁的目的，具体工艺如下：

BOE清腐蚀液（氢氟酸：氟化铵=1:20）常温腐蚀10秒，见图4。

6）去胶：

去除光刻胶3，具体工艺如下：

丙酮70摄氏度超声5分；异丙醇常温超声5分；DI水冲洗5分，烘干，见图5。

7）干法刻蚀SiC材料：

STS HRM-ICP刻蚀机台刻蚀待刻蚀的SiC材料1，具体工艺参数如下：

SF6流量24sccm，O2流量6sccm，RF功率250W，ICP功率800W，刻蚀气压5mTorr，刻蚀时间7分。刻蚀形貌陡直光滑，见图6。

实施例二：

1）清洗SiC材料：

对待刻蚀的SiC材料1依次进行如下清洗步骤：

1#清洗液（氨水：双氧水：纯水=1:1:5），温度70°时间5分；BOE清洗液（氢氟酸：氟化铵=1:20），常温，时间30秒；2#清洗液（盐酸：双氧水：纯水=1:1:5），温度70°时间5分；BOE清洗液（氢氟酸：氟化铵=1:20），常温，时间30秒；异丙醇超声5分；丙酮超声5分；异丙醇超声5分；DI水冲洗5分，烘干，待用。

2）沉积掩膜层：

采用ICPCVD，即等离子体增强化学气相沉积方法，沉积掩膜层2，其化学成分为SiN,见图1。根据待刻蚀的SiC材料1需刻蚀的厚度2um和刻蚀选择比4，确定需沉积的掩膜层2的厚度不小于0.5um，考虑工艺偏差，本例中掩膜层2厚度为0.6um。

3）光刻：

工艺流程如下：

气相涂增粘剂；旋涂光刻胶3，胶型为5214，厚度1.6um；前烘95摄氏度90秒，见图1；SUSS MA6光刻机接触曝光7秒；3038显影液显影45s；110°，60s坚膜，见图2。

4）干法刻蚀掩膜层：

Tegal903e-RIE刻蚀机刻蚀掩膜层2，刻蚀参数如下：

SF6流量15sccm，刻蚀气压600mTorr，RF功率300W,刻蚀时间1.5分，见图3。

5）湿法腐蚀光滑掩膜层：

BOE清腐蚀液（氢氟酸：氟化铵=1:5）常温腐蚀30秒，见图4.

6）去胶：

去除光刻胶3，具体工艺如下：

氧等离子体去胶机200W去胶60秒；丙酮70摄氏度超声5分；异丙醇常温超声5分；DI水冲洗5分，烘干，见图5。

7）干法刻蚀SiC材料：

SF6流量22sccm，O2流量2sccm，RF功率300W，ICP功率1000W，刻蚀气压5mTorr，刻蚀时间5分。刻蚀形貌陡直光滑，见图6。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种陡直光滑侧壁形貌的SiC刻蚀方法，所述方法包括依次进行的SiC材料清洗、沉积掩膜层、光刻、干法刻蚀掩膜层、去胶和干法刻蚀SiC材料步骤，其特征在于，在步骤干法刻蚀掩膜层和去胶之间增加湿法腐蚀光滑掩膜层步骤，通过控制陡直光滑侧壁形貌的掩膜，获得陡直光滑侧壁形貌的SiC。

2.如权利要求1所述的SiC刻蚀方法，其特征在于，所述SiC材料清洗包括如下清洗步骤：

3.如权利要求1所述的SiC刻蚀方法，其特征在于，所述掩膜层包括氧化硅和氮化硅硬掩膜层；沉积掩膜层包括离子体增强化学气相沉积方法PECVD、等离子体化学气相淀积ICPCVD和物理气相沉积方法PVD。

4.如权利要求1所述的SiC刻蚀方法，其特征在于，所述光刻包括涂胶、前烘、曝光、后烘、显影和坚膜工艺步骤。

5.如权利要求1所述的SiC刻蚀方法，其特征在于，所述干法刻蚀掩膜层包括反应离子刻蚀掩膜层和感应耦合等离子体刻蚀掩膜层。

6.如权利要求1所述的SiC刻蚀方法，其特征在于，所述湿法腐蚀光滑掩膜层包括采用BOE清腐蚀液对干法刻蚀形成的掩膜层进行腐蚀，以使掩膜层光滑。

7.如权利要求1所述的SiC刻蚀方法，其特征在于，所述去胶包括丙酮浸泡、去胶剂去除、氧等离子体去胶和曝光后显影液去胶。

8.如权利要求1所述的SiC刻蚀方法，其特征在于，所述干法刻蚀SiC材料包括反应离子刻蚀SiC材料和感应耦合等离子体刻蚀SiC材料。