一種SiC材料的極小角度傾斜刻蝕工藝方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種SiC材料的極小角度傾斜刻蝕工藝方法，該方法首先利用光刻膠在高溫烘烤時(shí)的回流特性對前一層光刻膠圖形斜坡進(jìn)行進(jìn)一步的填充及平滑處理，以此獲得比常規(guī)光刻膠回流方法邊緣角度更緩的光刻膠掩膜圖形，之后利用該光刻膠掩膜圖形做掩膜并選擇適當(dāng)?shù)目涛g選擇比，實(shí)現(xiàn)刻蝕角度小于1

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種SiC材料的極小角度傾斜刻蝕工藝方法


[0001]本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體工藝
，特別是半導(dǎo)體電力電子器件工藝
，尤其涉及一種SiC材料的極小角度傾斜刻蝕工藝方法。

技術(shù)介紹

[0002]作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體代表的碳化硅材料由于具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率與高臨界擊穿場強(qiáng)等獨(dú)特的優(yōu)勢，得到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注，由SiC材料制備的各種功率器件也成為科研及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)。
[0003]對于SiC的功率器件而言，器件終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與工藝制造是功率器件獲得較高阻斷電壓效率的關(guān)鍵。目前SiC功率器件終端結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式主要有刻蝕和離子注入，其中刻蝕方法相比離子注入方法而言，具有對材料晶體質(zhì)量損傷小，不需要進(jìn)行高溫退火激活從而最大程度地避免材料少子壽命在器件制造工藝中退化等優(yōu)勢。
[0004]SiC功率器件刻蝕終端結(jié)構(gòu)制作過程中，SiC材料刻蝕角度影響器件邊緣電場的聚集效應(yīng)，若要有效抑制器件邊緣場強(qiáng)聚集效應(yīng)，SiC材料刻蝕角度越小越好，尤其對于SiC的高壓功率器件，由于該類器件漂移層的厚度較厚(一般介于10～100μm之間)，因此為了抑制邊緣場強(qiáng)聚集效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)高耐壓效率，通常要求該類器件的SiC材料刻蝕角度降低至1
°
以下，且需保證對SiC材料的可刻蝕深度不小于1μm。
[0005]目前實(shí)現(xiàn)SiC材料的小角度刻蝕的方法主要為光刻膠回流工藝，該工藝可通過對掩膜光刻膠進(jìn)行高溫烘烤回流降低光刻膠邊緣的傾角大小，再通過刻蝕工藝過程中的圖形轉(zhuǎn)移將小角度的形貌轉(zhuǎn)移到SiC材料上從而實(shí)現(xiàn)SiC材料的介于3～10
°
之間的小角度傾斜刻蝕，附圖1中展示了現(xiàn)有文獻(xiàn)中利用此方法進(jìn)行碳化硅小角度刻蝕的一些典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從圖中可以看出，該方法并不能實(shí)現(xiàn)角度低至1
°
的SiC極小角度傾斜刻蝕，即便不考慮對材料可刻蝕深度的影響，調(diào)低刻蝕選擇比，上述光刻膠回流方法最小可獲得角度為2
°
左右，這對于SiC的高壓功率器件而言，具有該刻蝕傾斜角度的SiC終端結(jié)構(gòu)還達(dá)不到抑制邊緣場強(qiáng)聚集效應(yīng)的作用。
[0006]除此之外，美國CREE公司為了實(shí)現(xiàn)超高耐壓等級的SiC GTO器件，提出了一種刻蝕級數(shù)多達(dá)10級以上的近似負(fù)傾角SiC刻蝕終端結(jié)構(gòu)，該多臺階刻蝕結(jié)構(gòu)雖然可以近似模擬出一種極小角度(＜1
°
)的SiC斜坡效果進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抑制器件邊緣場強(qiáng)聚集的作用，但多臺階刻蝕終端工藝方案極大地增加了器件制造的工藝復(fù)雜度，降低了刻蝕終端相較于離子注入終端的工藝優(yōu)勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0007]有鑒于此，本專利技術(shù)提供一種SiC材料的極小角度傾斜刻蝕工藝方法，該工藝方法能夠?qū)崿F(xiàn)刻蝕角度小于1
°
，可刻蝕深度不小于1μm的SiC材料的極小角度傾斜刻蝕。
[0008]為達(dá)此目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：一種SiC材料的極小角度傾斜刻蝕工藝方法，所述方法首先基于光刻膠在高溫烘烤時(shí)的回流特性利用后一層光刻膠對前一層光刻膠
圖形邊緣斜坡進(jìn)行填充及進(jìn)一步平滑處理，獲得極小角度的光刻膠掩膜圖形，之后利用該光刻掩膜圖形實(shí)現(xiàn)對SiC材料的極小角度傾斜刻蝕；
[0009]所述方法能夠獲得橫截面為上小下大的梯形臺階的極小角度的SiC刻蝕形貌，所述極小角度是指刻蝕角度≤1
°
，所述SiC刻蝕形貌的最大刻蝕深度≥1μm。
[0010]優(yōu)選的，所述方法包括：
[0011]S1：在SiC樣片上旋涂一層或者多層光刻膠，每一層光刻膠旋涂后，均對該層光刻膠進(jìn)行光刻及顯影獲得光刻膠圖形，之后對光刻膠圖形進(jìn)行高溫烘烤回流，獲得具有邊緣小角度的光刻膠固化圖形；
[0012]S2：在步驟S1中最終獲得的光刻固化圖形上旋涂最后一層光刻膠，對最后一層光刻膠進(jìn)行光刻和顯影后獲得光刻膠圖形，并對光刻膠圖形進(jìn)行高溫烘烤回流后獲得具有邊緣小角度的光刻膠固化圖形P
′
；
[0013]S3：對光刻膠固化圖形P
′
進(jìn)行減薄處理，獲得具有極小角度邊緣形貌的光刻膠固化圖形P；
[0014]S4：以光刻膠固化圖形P為掩膜，對SiC材料進(jìn)行干法刻蝕，獲得具有極小邊緣傾斜角度的SiC刻蝕工藝形貌。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟S1包括：
[0016]S11：在SiC樣片上旋涂光刻膠，對光刻膠進(jìn)行光刻及顯影，獲得直徑為D1的光刻膠圖形，所述D1為器件有源區(qū)尺寸；
[0017]S12：對步驟S11獲得的光刻膠圖形進(jìn)行高溫烘烤回流，烘烤完成后冷卻降溫，獲得具有邊緣小角度的光刻膠固化圖形P1；
[0018]S13：根據(jù)器件工藝對刻蝕角度及刻蝕深度的需求確定是否需要繼續(xù)重復(fù)步驟S11和S12中的光刻膠旋涂光刻及烘烤回流工藝，若需要，則在直徑為D1的光刻膠圖形上繼續(xù)旋涂光刻膠，并經(jīng)過高溫烘烤回流后制作形成直徑為D1+d2的光刻膠固化圖形P2，并按此方法依次類推制作形成直徑為D1+
…
+d
n
?1的光刻膠固化圖形P
n
?1，n≥3，直至滿足器件工藝對刻蝕角度及刻蝕深度的需求，其中d2～d
n
?1的數(shù)值均介于20～200μm之間，即下一級光刻膠圖形直徑均比其上一級光刻膠圖形直徑大20～200μm。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟S11中，光刻膠的厚度為0.5～10μm；所述步驟S12中高溫烘烤回流的溫度為120～300℃。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟S2中，最后一層光刻膠的厚度為1～20μm。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟S3中，對光刻膠固化圖形P
′
進(jìn)行減薄處理采用ICP刻蝕或者等離子體去膠機(jī)轟擊方式處理。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟S3中減薄的厚度最小為0，最大為最后一層光刻膠的厚度。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟S4中干法刻蝕采用ICP或RIE干法刻蝕工藝，刻蝕所用的刻蝕氣體為SF6/O2或者CF4/O2，刻蝕選擇比為1∶3。
[0024]優(yōu)選的，所述工藝方法用于SiC功率器件的終端結(jié)構(gòu)制作，所述SiC功率器件包括：整流類型器件PiN、SBD、JBS和MPS，開關(guān)類型器件MOSFET、JFET、BJT、GTO和IGBT。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟S3中得到的具有極小角度邊緣形貌的光刻膠固化圖形P可以用于對其他材料進(jìn)行極小角度傾斜刻蝕，其他材料包括SiO2、SiN、GaN、GaAs和Si。
[0026]本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)提供的SiC材料極小角度傾斜刻蝕工藝方法，該方法
利用光刻膠在高溫烘烤時(shí)具有的回流特性，通過實(shí)施多次的光刻膠圖形化及回流工藝，使得每次光刻膠回流工藝后，后面一層光刻膠回流會對其之前工藝步驟中的光刻膠圖形斜坡進(jìn)行進(jìn)一步的填充及平滑處理，以此獲得比常規(guī)的光刻膠回流方法角度更緩的光刻膠圖形邊緣形貌；通過設(shè)計(jì)最后一層光刻膠涂覆之前的其他各級光刻膠圖形的膠厚及橫向?qū)挾龋⒔Y(jié)合掩膜制作最后階段的光刻膠減薄處理，最終可本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種SiC材料的極小角度傾斜刻蝕工藝方法，其特征在于，所述方法首先基于光刻膠在高溫烘烤時(shí)的回流特性利用后一層光刻膠對前一層光刻膠圖形邊緣斜坡進(jìn)行填充及進(jìn)一步平滑處理，獲得極小角度的光刻膠掩膜圖形，之后利用該光刻掩膜圖形實(shí)現(xiàn)對SiC材料的極小角度傾斜刻蝕；所述方法能夠獲得橫截面為上小下大的梯形臺階的極小角度的SiC刻蝕形貌，所述極小角度是指刻蝕角度≤1
°
，所述SiC刻蝕形貌的最大刻蝕深度≥1μm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC材料的極小角度傾斜刻蝕工藝方法，其特征在于，所述方法包括：S1：在SiC樣片上旋涂一層或者多層光刻膠，每一層光刻膠旋涂后，均對該層光刻膠進(jìn)行光刻及顯影獲得光刻膠圖形，之后對光刻膠圖形進(jìn)行高溫烘烤回流，獲得具有邊緣小角度的光刻膠固化圖形；S2：在步驟S1中最終獲得的光刻固化圖形上旋涂最后一層光刻膠，對最后一層光刻膠進(jìn)行光刻和顯影后獲得光刻膠圖形，并對光刻膠圖形進(jìn)行高溫烘烤回流后獲得具有邊緣小角度的光刻膠固化圖形P
′
；S3：對光刻膠固化圖形P
′
進(jìn)行減薄處理，獲得具有極小角度邊緣形貌的光刻膠固化圖形P；S4：以光刻膠固化圖形P為掩膜，對SiC材料進(jìn)行干法刻蝕，獲得具有極小邊緣傾斜角度的SiC刻蝕工藝形貌。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SiC材料極小角度傾斜刻蝕工藝方法，其特征在于，所述步驟S1包括：S11：在SiC樣片上旋涂光刻膠，對光刻膠進(jìn)行光刻及顯影，獲得直徑為D1的光刻膠圖形，所述D1為器件有源區(qū)尺寸；S12：對步驟S11獲得的光刻膠圖形進(jìn)行高溫烘烤回流，烘烤完成后冷卻降溫，獲得具有邊緣小角度的光刻膠固化圖形P1；S13：根據(jù)器件工藝對刻蝕角度及刻蝕深度的需求確定是否需要繼續(xù)重復(fù)步驟S11和S12中的光刻膠旋涂光刻及烘烤回流工藝，若需要，則在直徑為D1的光刻膠圖形上繼續(xù)旋涂光刻膠，并經(jīng)過高溫烘烤回流后制作形成直徑為D1+d2的光刻膠固化圖形P2，并按此...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李良輝，
申請(專利權(quán))人：中國工程物理研究院電子工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：