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一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法.pdf

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一種 減小 碳化硅 凹槽 損傷 提高 肖特基柵 可靠性 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210424730.5

申請日:

2012.10.30

公開號:

CN102931067B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 21/28申請日:20121030|||公開
IPC分類號: H01L21/28 主分類號: H01L21/28
申請人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
發明人: 陳剛; 柏松; 李理
地址: 210000 江蘇省南京市白下區瑞金路街道中山東路524號
優先權:
專利代理機構: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204 代理人: 柏尚春
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210424730.5

授權公告號:

102931067B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2013.03.20|||2013.02.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,該方法包括以第一光刻膠層(3)作為阻擋層,采用三氟化氮作為刻蝕氣體刻蝕碳化硅外延層(2)以形成柵凹槽(5);和對所述碳化硅外延層(2)的表面進行高溫氧化處理以形成犧牲氧化層(6)并進一步去除所述犧牲氧化層(6)。本發明的減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法可以有效地減少刻蝕表面的碳殘余物,從而獲得光滑的刻蝕表面,并且通過高溫氧化的方法對輕損傷的碳化硅表面進行氧化處理,進一步減小了柵凹槽因刻蝕產生的損傷和粗糙,提高了肖特基柵金屬與碳化硅之間接觸的性能。

權利要求書

權利要求書一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征在于,該方法包括以下步驟A:
步驟A1、采用第一種干法刻蝕方法對碳化硅外延層(2)進行表面處理;
步驟A2、在所述碳化硅外延層(2)的表面涂覆第一光刻膠層(3);
步驟A3、對所述第一光刻膠層(3)進行光刻處理,露出柵凹槽光刻圖形(4);
步驟A4、以所述第一光刻膠層(3)作為阻擋層,采用第二種干法刻蝕方法刻蝕碳化硅外延層(2)以形成柵凹槽(5);所述第二種干法刻蝕方法采用三氟化氮作為刻蝕氣體;
步驟A5、去除所述第一光刻膠層(3);
步驟A6、清洗碳化硅半導體;
步驟A7、對所述碳化硅外延層(2)的表面進行高溫氧化處理以形成犧牲氧化層(6);
步驟A8、去除所述犧牲氧化層(6);
步驟A9、在所述碳化硅外延層(2)的表面涂覆第二光刻膠層(7);
步驟A10、對所述第二光刻膠層(7)進行光刻工藝處理,以露出肖特基柵區域(8);
步驟A11、處理位于所述肖特基柵區域(8)的碳化硅外延層(2);
步驟A12、蒸發肖特基金屬,以形成肖特基金屬層(9);
步驟A13、去除所述第二光刻膠層(7)及位于所述第二光刻膠層上的肖特基金屬層(9),形成肖特基金屬與所述碳化硅外延層接觸的肖特基柵。
根據權利要求1所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:在所述步驟A4中,刻蝕氣體的流量為10sccm~80sccm;反應時腔體的壓力為0.6Pa~1.2Pa;刻蝕時,采用循環水冷卻控制底板溫度;刻蝕時上電極功率為150W~350W,下電極功率為10W~30W;刻蝕速率為10nm/min~50nm/min;光刻膠與碳化硅的刻蝕比為1:0.1~0.5。
根據權利要求1或2所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:在所述步驟A7中,高溫氧化是在氧氣氛圍中,于1000~1200℃下高溫干氧氧化1~3小時,升降溫時間為30~60分鐘,把表面損傷的碳化硅層通過高溫形成可以去除的犧牲氧化層。
根據權利要求1或3所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:在所述步驟A1中,所述第一種干法刻蝕方法的工藝條件為:采用四氟化碳氣體與氧氣的混合氣體;氧氣與四氟化碳氣體的流量比例為1:10~25;反應時腔體壓力為0.6Pa~1.2Pa;刻蝕時底板溫度采用循環水冷卻控制;上電極的功率150W~350W,下電極的功率為10W~30W。
根據權利要求1或3所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:在所述步驟A1中,所述碳化硅外延層(2)為在碳化硅襯底(1)上生長的一層或者多層碳化硅薄膜;在所述步驟A2中,第一光刻膠層(3)為正性光刻膠或負性光刻膠,所述第一光刻膠層(3)的厚度為0.9μm~3μm。
根據權利要求1所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:
在所述步驟A5中,采用濕法和/或干法工藝去除所述第一光刻膠層,其中濕法工藝去光刻膠的過程為:采用丙酮作為處理液,在60~100W的功率下超聲2~5分鐘,進行1~5次;更換溶液,采用乙醇作為處理液,在60~100W的功率下超聲2~5分鐘,進行1~5次;用純水過浴1~3次清洗后,在氮氣加熱的環境下,以1500~4500轉每分鐘的轉速甩干;干法工藝為等離子體刻蝕打膠;
在所述步驟A6中,濕法定制程序的工藝條件和流程為:將碳化硅半導體放在雙氧水:硫酸=1:1~3的酸性混合溶液的環境中,將所述煮沸至雙氧水揮發耗盡;取出碳化硅,待降溫后,采用純水過浴3~9次清洗后,在氮氣加熱的氛圍下,以1500~4500轉每分的轉速甩干;用王水煮沸5~10min;取出碳化硅半導體,采用純水過浴3~9次清洗后,在氮氣加熱的氛圍下,以1500~4500轉每分鐘的轉速甩干。
根據權利要求1所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:在所述步驟A8中,濕法腐蝕酸性溶液采用的是:針對氧化層,配方為HF:H2O=1:1~5,腐蝕溫度為18~30攝氏度,腐蝕時間5~20分鐘。
根據權利要求1所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:在所述步驟A9中,所述第二光刻膠層的厚度為0.9μm~1.3μm,所述第二光刻膠層的光刻膠為正性光刻膠。
根據權利要求1所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:在所述步驟A11中,所述酸性溶液是鹽酸與純水的體積配比1:5~10的溶液,處理時間為0.5~3分鐘;在所述步驟A12中,所述肖特基金屬為鈦金屬,蒸發方式為電子束蒸發,肖特基金屬層厚度為30~80nm。
根據權利要求1所述的一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,其特征是:在步驟A13中,采用剝離方法去除所述第二光刻膠層及位于其上的肖特基金屬層,其工藝過程包括:采用丙酮溶液浸泡至大面積金屬出現脫落;更換丙酮溶液后,在80W~140W的條件下超聲2~5分鐘,進行1~3次,更換溶液,在乙醇溶液中,在80W~140W的條件下超聲2~5分鐘,進行1~3次;純水過浴1~5次清洗,在氮氣加熱的氛圍下,以1500~4500轉每分鐘的轉速甩干。

說明書

說明書一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法
技術領域
本發明涉及的一種半導體器件的制造方法,具體涉及的是一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法。
背景技術
碳化硅(SiC)具有寬禁帶寬度、高臨界場強、高熱導率、高載流子飽和速率等特性。SiC襯底上的SiC外延是制造高溫、高頻、大功率等器件最重要的半導體材料,它具有超強的性能和廣闊的應用前景。在SiC微波器件中,肖特基柵凹槽結構是金屬場效應晶體管常用的提高器件性能的結構。由于肖特基柵金屬與碳化硅之間的接觸好壞直接影響器件的直流及微波性能,所以如何制作平滑的、低損傷層的柵凹槽底部從而便于形成覆蓋及接觸良好的柵肖特基金屬是提高器件性能及可靠性的關鍵點。
在SiC器件制作中,制作凹槽的常用方法是:采用光刻方法形成凹槽圖形,然后再采用大面積電子束垂直蒸發Ni、Al等金屬掩膜層,通過濕法剝離工藝形成臺面金屬掩膜,采用反應離子刻蝕或者感應耦合等離子體刻蝕工藝,通過調節功率高低和氣體流量、腔壓等條件控制刻蝕得到凹槽。
但是,當前的這種工藝會使凹槽底部和邊緣出現毛刺、金屬污染等問題,后期形成的肖特基柵與碳化硅之間的接觸會因此受到嚴重影響。而且由于碳化硅材料的化學穩定性很好,其只能在高溫下才能熔于磷酸或堿性溶液,腐蝕速率慢,無法簡易地采用濕法工藝進行處理。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于,針對現有技術的上述缺陷,提供一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法。
為實現本上述發明目的,本發明可采用的技術方案是:
一種減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法,該方法包括以下步驟A:
步驟A1、采用第一種干法刻蝕方法對碳化硅外延層進行表面處理;
步驟A2、在所述碳化硅外延層的表面涂覆第一光刻膠層;
步驟A3、對所述第一光刻膠層進行光刻處理,露出柵凹槽光刻圖形;
步驟A4、以所述第一光刻膠層作為阻擋層,采用第二種干法刻蝕方法刻蝕碳化硅外延層以形成柵凹槽;所述第二種干法刻蝕方法采用三氟化氮作為刻蝕氣體;
步驟A5、去除所述第一光刻膠層;
步驟A6、清洗碳化硅半導體;
步驟A7、對所述碳化硅外延層的表面進行高溫氧化處理以形成犧牲氧化層;
步驟A8、去除所述犧牲氧化層;
步驟A9、在所述碳化硅外延層的表面涂覆第二光刻膠層;
步驟A10、對所述第二光刻膠層進行光刻工藝處理,以露出肖特基柵區域;
步驟A11、處理位于所述肖特基柵區域的碳化硅外延層;
步驟A12、蒸發肖特基金屬,以形成肖特基金屬層;
步驟A13、去除所述第二光刻膠層及位于所述第二光刻膠層上的肖特基金屬層,形成肖特基金屬與所述碳化硅外延層接觸的肖特基柵。
優選地,在所述步驟A4中,刻蝕氣體的流量為10sccm~80sccm;反應時腔體的壓力為0.6Pa~1.2Pa;刻蝕時,采用循環水冷卻控制底板溫度;刻蝕時上電極功率為150W~350W,下電極功率為10W~30W;刻蝕速率為10nm/min~50nm/min;光刻膠與碳化硅的刻蝕比為1:0.1~0.5。
優選地,在所述步驟A7中,高溫氧化是在氧氣氛圍中,于1000~1200℃下高溫干氧氧化1~3小時,升降溫時間為30~60分鐘,把表面損傷的碳化硅層通過高溫形成可以去除的犧牲氧化層。
優選地,在所述步驟A1中,所述第一種干法刻蝕方法的工藝條件為:采用四氟化碳氣體與氧氣的混合氣體;氧氣與四氟化碳氣體的流量比例為1:10~25;反應時腔體壓力為0.6Pa~1.2Pa;刻蝕時底板溫度采用循環水冷卻控制;上電極的功率150W~350W,下電極的功率為10W~30W。
優選地,在所述步驟A1中,所述碳化硅外延層為在碳化硅襯底上生長的一層或者多層碳化硅薄膜;在所述步驟A2中,第一光刻膠層為正性光刻膠或負性光刻膠,所述第一光刻膠層的厚度為0.9μm~3μm。
優選地,在所述步驟A5中,采用濕法和/或干法工藝去除所述第一光刻膠層,其中濕法工藝去光刻膠的過程為:采用丙酮作為處理液,在60~100W的功率下超聲2~5分鐘,進行1~5次;更換溶液,采用乙醇作為處理液,在60~100W的功率下超聲2~5分鐘,進行1~5次;用純水過浴1~3次清洗后,在氮氣加熱的環境下,以1500~4500轉每分鐘的轉速甩干;干法工藝為等離子體刻蝕打膠;
優選地,在所述步驟A6中,濕法定制程序的工藝條件和流程為:將碳化硅半導體放在雙氧水:硫酸=1:1~3的酸性混合溶液的環境中,將所述煮沸至雙氧水揮發耗盡;取出碳化硅,待降溫后,采用純水過浴3~9次清洗后,在氮氣加熱的氛圍下,以1500~4500轉每分的轉速甩干;用王水煮沸5~10min;取出碳化硅半導體,采用純水過浴3~9次清洗后,在氮氣加熱的氛圍下,以1500~4500轉每分鐘的轉速甩干。
優選地,在所述步驟A8中,濕法腐蝕酸性溶液采用的是:針對氧化層,配方為HF:H2O=1:1~5,腐蝕溫度為18~30攝氏度,腐蝕時間5~20分鐘。
優選地,在所述步驟A9中,所述第二光刻膠層的厚度為0.9μm~1.3μm,所述第二光刻膠層的光刻膠為正性光刻膠。
優選地,在所述步驟A11中,所述酸性溶液是鹽酸與純水的體積配比1:5~10的溶液,處理時間為0.5~3分鐘;在所述步驟A12中,所述肖特基金屬為鈦金屬,蒸發方式為電子束蒸發,肖特基金屬層厚度為30~80nm。
優選地,在步驟A13中,采用剝離方法去除所述第二光刻膠層及位于其上的肖特基金屬層,其工藝過程包括:采用丙酮溶液浸泡至大面積金屬出現脫落;更換丙酮溶液后,在80W~140W的條件下超聲2~5分鐘,進行1~3次,更換溶液,在乙醇溶液中,在80W~140W的條件下超聲2~5分鐘,進行1~3次;純水過浴1~5次清洗,在氮氣加熱的氛圍下,以1500~4500轉每分鐘的轉速甩干。
本發明的有益效果:本發明采用NF3氣體結合光刻膠對碳化硅進行柵凹槽刻蝕,有效的減少了刻蝕表面的碳殘余物,從而獲得光滑的刻蝕表面;其次,通過高溫氧化的方法對輕損傷的碳化硅表面進行氧化處理,進一步減小了柵凹槽因刻蝕產生的損傷和粗糙,提高了肖特基柵金屬與碳化硅之間接觸的性能,也解決了金屬掩膜的邊緣毛刺、底部尖峰及高溫時金屬離子污染等問題;另外,通過光刻膠掩膜刻蝕柵凹槽保證了碳化硅柵凹槽底部區域表面平滑,增大了剝離工藝形成柵肖特基金屬的工藝窗口,提高了肖特基柵金屬與碳化硅的接觸效果。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發明減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法作進一步說明,附圖中:
圖1是本發明減小碳化硅凹槽損傷提高肖特基柵可靠性的方法的流程圖;
圖2是在碳化硅外延層上涂光刻膠后的示意圖;
圖3是通過光刻工藝形成柵凹槽光刻圖形的示意圖;
圖4是光刻膠掩膜下干法刻蝕碳化硅外延層形成柵凹槽的示意圖;
圖5是去除光刻膠后碳化硅外延層上柵凹槽的示意圖;
圖6是碳化硅外延層上經高溫氧化形成一層犧牲氧化層的示意圖;
圖7是濕法腐蝕去除碳化硅外延層上的犧牲氧化層后的示意圖;
圖8是形成柵凹槽后的碳化硅外延層上涂光刻膠后示意圖;
圖9是采用光刻工藝露出肖特基柵區域的示意圖;
圖10是電子束蒸發肖特基金屬后的示意圖;
圖11是剝離光刻膠后形成肖特基柵的示意圖;
圖12是現有技術的肖特基柵的電鏡照片;
圖13是本發明的肖特基柵一個實施例的電鏡照片;
圖14是圖13中的肖特基柵一個實施例的局部放大的電鏡照片。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式,進一步闡明本發明,應理解這些實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍,在閱讀本發明之后,本領域的技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請的權利要求所限定的范圍。在不脫離本發明的設計思想的范圍內,本領域的技術人員可以對技術細節,例如工藝條件進行優化,這些優化應視為等同。結合圖1的工藝流程圖和圖2~11的結構示意圖及下面的實施例來描述本發明的方法。
實施例1:
工藝步驟A1,采用第一種干法刻蝕方法進行碳化硅半導體的碳化硅外延層2表面處理,去除表面的自然氧化層等物質。第一種干法刻蝕方法具體工藝為:①采用了四氟化碳(CF4)氣體與氧氣(O2)的混合氣體;②氧氣(O2)與四氟化碳(CF4)氣體的流量比例為1:10;③反應時腔體壓力為0.6Pa;④干法刻蝕時底板溫度為循環水冷卻控制;⑤干法刻蝕時上電極功率150W,下電極功率為10W;碳化硅外延層2為碳化硅晶體,或碳化硅襯底1上生長了一層或者多層碳化硅薄膜的外延層。
工藝步驟A2,在碳化硅外延層2表面涂覆光刻膠3,光刻膠3為正性光刻膠或者負性光刻膠,光刻膠3厚度在0.9um。如圖2所示。
工藝步驟A3,采用光刻工藝形成柵凹槽光刻圖形4,光刻工藝包括常規的前烘、涂膠、曝光、顯影、堅膜工藝,采用的曝光方法為手動式光刻、步進式光刻。如圖3所示。
工藝步驟A4,光刻膠3作為阻擋層,第二種干法刻蝕方法刻蝕碳化硅外延層2形成柵凹槽5。第二種條件干法刻蝕方法的工藝包括:①采用了三氟化氮(NF3)氣體;②氣體流量為10sccm;③反應時腔體壓力為0.6Pa;④干法刻蝕時底板溫度為循環水冷卻控制;⑤干法刻蝕時上電極功率150W,下電極功率為10W;⑥刻蝕采用光刻膠阻擋,速率在10nm/min;⑦刻蝕光刻膠與碳化硅的刻蝕比在1:0.1。如圖4所示。
工藝步驟A5,采用濕法結合干法工藝進行去光刻膠3,1)濕法去光刻膠3為采用丙酮在80W的功率下超聲5分鐘,進行2次;更換溶液,采用乙醇溶液在80W的功率下超聲5分鐘,進行1次,純水過浴3次清洗后,在氮氣加熱的環境下以1500轉每分鐘的轉速轉動甩干;2)干法去光刻膠3為等離子體刻蝕(PE)打膠。如圖5所示。
工藝步驟A6,采用濕法定制程序清洗,1)雙氧水:硫酸=1:1的酸混合溶液煮沸至雙氧水揮發耗盡;2)取出碳化硅半導體降溫后,采用純水過浴3次清洗后,氮氣加熱3千轉高速轉動甩干;3)王水煮沸5min;4)取出碳化硅半導體,采用純水過浴3次清洗后,在氮氣加熱的環境下以3千轉每分的轉速轉動甩干。
工藝步驟A7,進行碳化硅外延層表面高溫氧化形成犧牲氧化層6,在氧氣氛圍中,1100℃高溫干氧氧化2小時,升降溫時間為30min。如圖6所示。
工藝步驟A8,使用酸性溶液去除氧化層,針對氧化層6,配方為HF:H2O=1:1,腐蝕溫度室溫,腐蝕時間5min。如圖7所示。
工藝步驟A9,在碳化硅外延層2表面涂覆邊緣垂直性好的正性光刻膠7,厚度在0.9um,柵凹槽5被邊緣垂直性好的正性光刻膠7基本填平。如圖8所示。
工藝步驟A10,采用光刻工藝露出肖特基柵區域8,光刻工藝包括常規的前烘、涂膠、曝光、顯影、堅膜工藝,采用的曝光方法為手動式光刻、步進式光刻。如圖9所示。
工藝步驟A11,使用酸性溶液處理肖特基柵區域8碳化硅外延層2,酸性溶液鹽酸與純水的體積配比1:5的溶液,處理時間為0.5min。
工藝步驟A12,大面積蒸發肖特基金屬9,肖特基金屬采用Ti金屬,厚度為30nm,采用電子束蒸發方式。如圖10所示。
工藝步驟A13,去除光刻膠掩膜層7及其上的金屬層9,形成肖特基金屬9與碳化硅外延層2良好接觸的肖特基柵。去除光刻膠掩膜層7及其上的金屬層9采用剝離方法去除,具體包括1)采用丙酮溶液浸泡至大面積金屬出現脫落現象;2)更換丙酮溶液后,在80W的功率下,超聲5分鐘,進行2次;更換溶液,在乙醇溶液中,以80W的功率下超聲5分鐘,進行1次;用純水過浴3次,清洗后,在氮氣加熱的環境下,以3千轉每分鐘的轉速轉動甩干;3)顯微鏡檢查,肖特基金屬圖形邊緣整齊,沒有肖特基金屬脫落現象,并且肖特基柵區域外大面積沒有金屬黏附現象。如圖11、13?14所示。
實施例2:
工藝步驟A1,采用第一種干法刻蝕方法進行碳化硅半導體的碳化硅外延層2表面處理,去除表面的自然氧化層等物質。第一種干法刻蝕方法具體工藝為:①采用了四氟化碳(CF4)氣體與氧氣(O2)的混合氣體;②氧氣(O2)與四氟化碳(CF4)氣體的流量比例為1:15;③反應時腔體壓力為0.8Pa;④干法刻蝕時底板溫度為循環水冷卻控制;⑤干法刻蝕時上電極功率220W,下電極功率為20W;碳化硅外延層2為碳化硅半導體,或碳化硅襯底1上生長了一層或者多層碳化硅薄膜的外延層。
工藝步驟A2,在碳化硅外延層2表面涂覆光刻膠3,光刻膠3為正性光刻膠或者負性光刻膠,光刻膠3厚度在1.5um。
工藝步驟A3,采用光刻工藝形成柵凹槽光刻圖形4,光刻工藝包括常規的前烘、涂膠、曝光、顯影、堅膜工藝,采用的曝光方法為手動式光刻、步進式光刻。
工藝步驟A4,光刻膠3作為阻擋層,第二種干法刻蝕方法刻蝕碳化硅外延層2形成柵凹槽5。第二種條件干法刻蝕方法的工藝包括:①采用了三氟化氮(NF3)氣體;②氣體流量為30sccm;③反應時腔體壓力為1.0Pa;④干法刻蝕時底板溫度為循環水冷卻控制;⑤干法刻蝕時上電極功率230W,下電極功率為20W;⑥刻蝕采用光刻膠阻擋,速率在30nm/min;⑦刻蝕光刻膠與碳化硅的刻蝕比在1:0.3。
工藝步驟A5,采用濕法結合干法工藝進行去光刻膠3,1)濕法去光刻膠3為:采用丙酮,在100W的功率下超聲3分鐘,進行2次;更換溶液,采用乙醇,在60W的功率下超聲5分鐘,進行5次,用純水過浴2次,清洗后,在氮氣加熱的環境下,以3千轉每分鐘的轉速轉動甩干;2)干法去除光刻膠3為等離子體刻蝕(PE)打膠。
工藝步驟A6,采用濕法定制程序清洗,1)雙氧水:硫酸=1:2的酸混合溶液煮沸至雙氧水揮發耗盡;2)取出碳化硅半導體降溫后,采用純水過浴7次清洗后,在氮氣加熱的環境中,以3千轉每分鐘的轉速轉動甩干;3)用王水煮沸8min;4)取出片子,采用純水過浴6次清洗后,在氮氣加熱的環境中,以4千轉每分鐘的轉速轉動甩干。
工藝步驟A7,進行碳化硅外延層表面高溫氧化形成犧牲氧化層6,在氧氣氛圍中,1200℃高溫干氧氧化1.5小時,升降溫時間為40min。
工藝步驟A8,使用酸性溶液去除氧化層,針對氧化層6,配方為HF:H2O=1:2,腐蝕溫度室溫,腐蝕時間10min。
工藝步驟A9,在碳化硅外延層2表面涂覆邊緣垂直性好的正性光刻膠7,厚度在1.1um,柵凹槽5被邊緣垂直性好的正性光刻膠7基本填平。
工藝步驟A10,采用光刻工藝露出肖特基柵區域8,光刻工藝包括常規的前烘、涂膠、曝光、顯影、堅膜工藝,采用的曝光方法為手動式光刻、步進式光刻。
工藝步驟A11,使用酸性溶液處理肖特基柵區域8碳化硅外延層2,酸性溶液鹽酸與純水的體積配比1:8的溶液,處理時間為1min。
工藝步驟A12,大面積蒸發肖特基金屬9,肖特基金屬采用Ti金屬,厚度為40nm,采用電子束蒸發方式。
工藝步驟A13,去除光刻膠掩膜層7及其上的金屬層9,形成肖特基金屬9與碳化硅外延層2良好接觸的肖特基柵。去除光刻膠掩膜層7及其上的金屬層9采用剝離方法去除,具體包括1)采用丙酮溶液浸泡至大面積金屬出現脫落現象;2)更換丙酮溶液后,在100W的功率下超聲5分鐘,進行3次,更換溶液,采用乙醇溶液,在110W的功率下,超聲5分鐘,進行3次;純水過浴3次清洗后,在氮氣加熱的環境中,以3500轉每分鐘的轉速轉動甩干;3)顯微鏡檢查,肖特基金屬圖形邊緣整齊,沒有肖特基金屬脫落現象,并且肖特基柵區域外大面積沒有金屬黏附現象。
實施例3:
工藝步驟A1,采用第一種干法刻蝕方法進行碳化硅半導體的碳化硅外延層2表面處理,去除表面的自然氧化層等物質。第一種干法刻蝕方法具體工藝為:①采用了四氟化碳(CF4)氣體與氧氣(O2)的混合氣體;②氧氣(O2)與四氟化碳(CF4)氣體的流量比例為1:20;③反應時腔體壓力為1.0Pa;④干法刻蝕時底板溫度為循環水冷卻控制;⑤干法刻蝕時上電極功率260W,下電極功率為25W;碳化硅外延層2為碳化硅半導體,或碳化硅襯底1上生長了一層或者多層碳化硅薄膜的外延層。
工藝步驟A2,在碳化硅外延層2表面涂覆光刻膠3,光刻膠3為正性光刻膠或者負性光刻膠,光刻膠3厚度在2.0um。
工藝步驟A3,采用光刻工藝形成柵凹槽光刻圖形4,光刻工藝包括常規的前烘、涂膠、曝光、顯影、堅膜工藝,采用的曝光方法為手動式光刻、步進式光刻。
工藝步驟A4,光刻膠3作為阻擋層,第二種干法刻蝕方法刻蝕碳化硅外延層2形成柵凹槽5。第二種條件干法刻蝕方法的工藝包括:①采用了三氟化氮(NF3)氣體;②氣體流量為50sccm;③反應時腔體壓力為0.9Pa;④干法刻蝕時底板溫度為循環水冷卻控制;⑤干法刻蝕時上電極功率300W,下電極功率為25W;⑥刻蝕采用光刻膠阻擋,速率在40nm/min;⑦刻蝕光刻膠與碳化硅的刻蝕比在1:0.4。
工藝步驟A5,采用濕法結合干法工藝進行去光刻膠3,1)濕法去光刻膠3為采用丙酮溶液,在60W的功率下超聲5分鐘,進行3次;更換溶液,采用乙醇溶液,在80W的功率下超聲5分鐘,進行1次;經純水過浴3次后,在氮氣加熱的環境下,以1500轉每分鐘的轉速轉動甩干;2)干法去光刻膠3為等離子體刻蝕(PE)打膠。
工藝步驟A6,采用濕法定制程序清洗,1)雙氧水:硫酸=1:2.5的酸混合溶液煮沸至雙氧水揮發耗盡;2)取出碳化硅半導體降溫后,采用純水過浴8次清洗后,在氮氣加熱的環境中,以1500轉每分鐘的轉速轉動甩干;3)用王水煮沸6min;4)取出碳化硅半導體,采用純水過浴8次清洗后,在氮氣加熱的環境中,以2000轉每分鐘的轉速轉動甩干。
工藝步驟A7,進行碳化硅外延層表面高溫氧化形成犧牲氧化層6,在氧氣氛圍中,1000℃高溫干氧氧化3小時,升降溫時間為50min。
工藝步驟A8,使用酸性溶液去除氧化層,針對氧化層6,配方為HF:H2O=1:3,腐蝕溫度室溫,腐蝕時間15min。
工藝步驟A9,在碳化硅外延層2表面涂覆邊緣垂直性好的正性光刻膠7,厚度為1.2um,柵凹槽5被邊緣垂直性好的正性光刻膠7基本填平。
工藝步驟A10,采用光刻工藝露出肖特基柵區域8,光刻工藝包括常規的前烘、涂膠、曝光、顯影、堅膜工藝,采用的曝光方法為手動式光刻、步進式光刻。
工藝步驟A11,使用酸性溶液處理肖特基柵區域8碳化硅外延層2,酸性溶液鹽酸與純水的體積配比1:9的溶液,處理時間為2min。
工藝步驟A12,大面積蒸發肖特基金屬9,肖特基金屬采用鈦(Ti)金屬,厚度為60nm,采用電子束蒸發方式。
工藝步驟A13,去除光刻膠掩膜層7及其上的金屬層9,形成肖特基金屬9與碳化硅外延層2良好接觸的肖特基柵。去除光刻膠掩膜層7及其上的金屬層9采用剝離方法去除,具體包括1)采用丙酮溶液浸泡至大面積金屬出現脫落現象;2)更換丙酮溶液后,在120W的功率下超聲5分鐘,進行2次,更換溶液,用乙醇溶液,在120W的功率下超聲5分鐘,進行1次,經純水過浴3次清洗后,在氮氣加熱的環境中,以4000轉每分鐘的轉速轉動甩干;3)顯微鏡檢查,肖特基金屬圖形邊緣整齊,沒有肖特基金屬脫落現象,并且肖特基柵區域外大面積沒有金屬黏附現象。
實施例4:
工藝步驟A1,采用第一種干法刻蝕方法進行碳化硅半導體的碳化硅外延層2表面處理,去除表面的自然氧化層等物質。第一種干法刻蝕方法具體工藝為:①采用了四氟化碳(CF4)氣體與氧氣(O2)的混合氣體;②氧氣(O2)與四氟化碳(CF4)氣體的流量比例為1:25;③反應時腔體壓力為1.2Pa;④干法刻蝕時底板溫度為循環水冷卻控制;⑤干法刻蝕時上電極功率350W,下電極功率為30W;碳化硅外延層2為碳化硅晶片,或碳化硅襯底1上生長了一層或者多層碳化硅薄膜的外延層。
工藝步驟A2,在碳化硅外延層2表面涂覆光刻膠3,光刻膠3為正性光刻膠或者負性光刻膠,光刻膠3厚度在3μm。
工藝步驟A3,采用光刻工藝形成柵凹槽光刻圖形4,光刻工藝包括常規的前烘、涂膠、曝光、顯影、堅膜工藝,采用的曝光方法為手動式光刻、步進式光刻。
工藝步驟A4,光刻膠3作為阻擋層,第二種干法刻蝕方法刻蝕碳化硅外延層2形成柵凹槽5。第二種條件干法刻蝕方法的工藝包括:①采用了三氟化氮(NF3)氣體;②氣體流量為80sccm;③反應時腔體壓力為1.2Pa;④干法刻蝕時底板溫度為循環水冷卻控制;⑤干法刻蝕時上電極功率350W,下電極功率為30W;⑥刻蝕采用光刻膠阻擋,速率在50nm/min;⑦刻蝕光刻膠與碳化硅的刻蝕比在1:0.5。
工藝步驟A5,采用濕法結合干法工藝進行去光刻膠3,1)濕法去光刻膠3:采用丙酮80W超聲5分鐘,進行2次;更換溶液,采用乙醇溶液,在80W的功率下超聲5分鐘,進行1次,用純水過浴3次清洗,在氮氣加熱的環境下,以3千轉每分鐘的轉速轉動甩干;2)干法去光刻膠3為等離子體刻蝕(PE)打膠。
工藝步驟A6,采用濕法定制程序清洗,1)雙氧水:硫酸=1:3的酸混合溶液煮沸至雙氧水揮發耗盡;2)取出碳化硅半導體降溫后,采用純水過浴9次清洗后,在氮氣加熱的環境下,以3千轉每分鐘的轉速轉動甩干;3)用王水煮沸10min;4)取出碳化硅半導體,采用純水過浴9次清洗后,氮氣加熱3千轉高速轉動甩干。
工藝步驟A7,進行碳化硅外延層表面高溫氧化形成犧牲氧化層6,在氧氣氛圍中,1100℃高溫干氧氧化2小時,升降溫時間為60min。
工藝步驟A8,使用酸性溶液去除氧化層,針對氧化層6,配方為HF:H2O=1:1~5,腐蝕溫度室溫,腐蝕時間為20min。
工藝步驟A9,在碳化硅外延層2表面涂覆邊緣垂直性好的正性光刻膠7,厚度在0.9um~1.3um,柵凹槽5被邊緣垂直性好的正性光刻膠7基本填平。
工藝步驟A10,采用光刻工藝露出肖特基柵區域8,光刻工藝包括常規的前烘、涂膠、曝光、顯影、堅膜工藝,采用的曝光方法為手動式光刻、步進式光刻。
工藝步驟A11,使用酸性溶液處理肖特基柵區域8碳化硅外延層2,酸性溶液鹽酸與純水的體積配比1:5~10的溶液,處理時間為3min。
工藝步驟A12,大面積蒸發肖特基金屬9,肖特基金屬采用鈦(Ti)金屬,厚度為80nm,采用電子束蒸發方式。
工藝步驟A13,去除光刻膠掩膜層7及其上的金屬層9,形成肖特基金屬9與碳化硅外延層2良好接觸的肖特基柵。去除光刻膠掩膜層7及其上的金屬層9采用剝離方法去除,具體包括1)采用丙酮溶液浸泡至大面積金屬出現脫落現象;2)更換丙酮溶液后,在140W的功率下超聲5分鐘,進行2次,更換溶液,采用乙醇溶液,在140W的功率下超聲5分鐘,進行1次;用純水過浴3次清洗,在氮氣加熱的環境下,以3千轉每分鐘的轉速轉動甩干;3)顯微鏡檢查,肖特基金屬圖形邊緣整齊,沒有肖特基金屬脫落現象,并且肖特基柵區域外大面積沒有金屬黏附現象。
需要注意的是,圖2至圖11中,各層的厚度或兩層之間的厚度比僅為示意性的,不能理解為限制本發明的結構關系。
結合圖12至圖14描述采用本發明的方法制造的碳化硅半導體。從圖12中可見,凹槽的底部和邊緣存在亮線,即現有技術制造的凹槽的底部和邊緣可能有毛刺或金屬污染現象。而圖13中沒有突出的亮線,說明采用本發明的方法制作的凹槽的底部和邊緣沒有出現毛刺或金屬污染現象。進一步放大后如圖14所示,圖中也沒有出現亮線,說明本發明的方法能夠有效地避免凹槽底部出現毛刺現象。
在不改變腔體壓強、氣體流量的條件下,通過降低刻蝕功率來降低刻蝕損傷。不同功率刻蝕后肖特基柵的理想因子(表征器件的可靠性的參數。正向偏置下,若少數載流子在p?n結中性區復合,則理想因子1,若載流子在空間電荷區復合,則理想因子為2。)測試結果表明,理想因子隨著刻蝕功率的降低而減小,當刻蝕功率為30W時,理想因子為1.5。而經過高溫氧化碳化硅外延層損傷層再去除后,肖特基柵的理想因子降低到接近1.1,有效的提高了肖特基柵特性,并且通過可靠性測試結果,肖特基柵的可靠性得到很大提升,微波測試時的柵穩定性得到提高,保證了微波特性的穩定。

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