一種碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，它是在制作碳化硅靜電感應(yīng)晶體管時(shí)，在碳化硅臺面形成后，進(jìn)行介質(zhì)生長工藝，然后采用自對準(zhǔn)干法刻蝕介質(zhì)工藝，在干法垂直刻蝕后，利用側(cè)壁殘留介質(zhì)有效保護(hù)臺面?zhèn)缺?，避免其被注入，從而縮小了高能離子注入的柵窗口，最終有效縮小了柵長。本發(fā)明利用感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕技術(shù)的垂直方向性好的特點(diǎn)，在碳化硅片完成垂直性好的臺面結(jié)構(gòu)及介質(zhì)掩膜生長的基礎(chǔ)上，大面積自對準(zhǔn)刻蝕，保證了臺階側(cè)壁介質(zhì)掩膜厚度的精確控制，有效的減小了注入形成柵的柵長，保證了器件性能的提高。
【專利說明】一種碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種臺面結(jié)構(gòu)的自對準(zhǔn)刻蝕形成側(cè)壁介質(zhì)保護(hù)縮小注入柵長的方法，具體涉及的是一種碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)具有寬禁帶寬度、高臨界場強(qiáng)、高熱導(dǎo)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(dǎo)體材料，具有超強(qiáng)的性能和廣闊的應(yīng)用前景。在SiC靜電感應(yīng)晶體管中，源臺面結(jié)構(gòu)必然造成注入時(shí)側(cè)壁的注入，從而造成柵長的增大，如圖10所示，降低了微波器件的頻率、增益等特性，所以如何在微米級線寬的源臺面結(jié)構(gòu)減小柵長是實(shí)現(xiàn)器件高性能的關(guān)鍵工藝之一。
[0003]在SiC靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的常用方法是:采用多步驟工藝形成垂直型良好或者是倒梯形結(jié)構(gòu)的源臺面后，通過垂直高能離子注入，盡量避免側(cè)壁的注入。但是這種工藝造成源臺面無法很好形成，并且由于工藝復(fù)雜，很難保證工藝穩(wěn)定性及重復(fù)性。因此，在現(xiàn)有工藝條件下，針對并非90度垂直的源臺面結(jié)構(gòu)，如何減小柵長尤為重要。對于介質(zhì)掩膜生長結(jié)合自對準(zhǔn)干法刻蝕的常規(guī)工藝，器件制作的工藝可靠性保證了器件的性能，也保證了工藝流程的便于實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其目的是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，解決在微米級線寬的碳化硅源臺面結(jié)構(gòu)減小柵長的問題，保證在自對準(zhǔn)及介質(zhì)掩膜的常規(guī)工藝條件下，通過離子注入柵時(shí)介質(zhì)保護(hù)避免側(cè)壁注入，實(shí)現(xiàn)縮減柵長的要求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，包括以下步驟:
1)在碳化娃材料表面生長第一種介質(zhì)掩膜層；
2)在生長的第一種介質(zhì)掩膜層表面涂覆光敏掩膜層形成光敏掩膜層，接著進(jìn)行曝光、顯影，形成待刻蝕臺面圖形；
3)對露出的圖形區(qū)域進(jìn)行過刻蝕第一種介質(zhì)掩膜層到碳化硅表面的同時(shí)去除光刻
膠；
4)用第一種介質(zhì)掩膜層作為阻擋層，干法刻蝕碳化硅形成臺面；濕法去除碳化硅表面第一種介質(zhì)掩膜層；
5)在碳化硅材料表面再次生長第二種介質(zhì)掩膜層；
6)采用自對準(zhǔn)的方法，干法刻蝕第二種介質(zhì)掩膜層到碳化硅表面，保證了刻蝕后臺面?zhèn)缺诮橘|(zhì)掩膜的留存；
7)在碳化硅材料表面涂覆形成光敏掩膜層，接著進(jìn)行曝光，形成待注入圖形；
8)通過臺面上第一種介質(zhì)掩膜層及側(cè)壁第二種介質(zhì)掩膜層的保護(hù)，結(jié)合離子注入?yún)^(qū)外的光敏掩膜層的保護(hù)，進(jìn)行柵槽區(qū)域的高能離子注入形成柵注入?yún)^(qū)域；
9)濕法去除碳化硅表面光刻掩膜層及介質(zhì)掩膜層。
[0006]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):利用源臺面結(jié)構(gòu)離子注入時(shí)形成柵的自對準(zhǔn)結(jié)合介質(zhì)側(cè)壁保護(hù)的方式，減小了靜電感應(yīng)晶體管柵長，有效的保證了器件性能的提高和工藝流程的進(jìn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是碳化硅材料上生長第一種介質(zhì)掩膜層2示意圖。
[0008]圖2是光敏掩膜層3形成待刻蝕臺面圖形后的示意圖。
[0009]圖3是露出的圖形區(qū)域進(jìn)行過刻蝕第一種介質(zhì)掩膜層2到碳化硅I表面的同時(shí)去除光刻膠后的示意圖。
[0010]圖4是用第一種介質(zhì)掩膜層2作為阻擋層，干法刻蝕碳化硅I形成臺面后的示意圖。
[0011]圖5是濕法去除碳化硅I表面第一種介質(zhì)掩膜層2后的示意圖。
[0012]圖6是碳化硅材料I表面再次生長第二種介質(zhì)掩膜層4示意圖。
[0013]圖7是采用自對準(zhǔn)的方法，干法刻蝕第二種介質(zhì)掩膜層4到碳化硅I表面，保證了刻蝕后臺面?zhèn)缺诮橘|(zhì)掩膜4的留存后的示意圖。
[0014]圖8是臺面上第一種介質(zhì)掩膜層2及側(cè)壁第二種介質(zhì)掩膜層4的保護(hù)，結(jié)合離子注入?yún)^(qū)外的光敏掩膜層3的保護(hù)，進(jìn)行柵槽區(qū)域的高能離子注入形成柵注入?yún)^(qū)域5后的示意圖。
[0015]圖9是濕法去除碳化硅表面光刻掩膜層3及第一介質(zhì)掩膜層2、第二種介質(zhì)掩膜層4后的不意圖。
[0016]圖10是減小柵長前的示意圖。
[0017]圖中的I是碳化硅材料、2是第一種介質(zhì)掩膜層、3是光敏掩膜層、4是第二種介質(zhì)掩膜層、5是柵注入?yún)^(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0019]一種碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，它具體步驟如下:
1)首先，在碳化硅材料I上生長第一種介質(zhì)掩膜層2，如圖1所示；
2)然后在生長的第一種介質(zhì)掩膜層2表面涂覆形成光敏掩膜層3，接著進(jìn)行曝光、顯影，形成待刻蝕臺面圖形，如圖2所示；
3)對露出的圖形區(qū)域進(jìn)行過刻蝕第一種介質(zhì)掩膜層2到碳化硅I表面的同時(shí)去除光刻膠3，如圖3所示；
4)用第一種介質(zhì)掩膜層2作為阻擋層，干法刻蝕碳化硅I形成臺面；濕法去除碳化硅表面第一種介質(zhì)掩膜層2，如圖4、圖5所；
5)在碳化硅材料I表面再次生長第二種介質(zhì)掩膜層4，如圖6所示； 6)采用自對準(zhǔn)的方法，干法刻蝕第二種介質(zhì)掩膜層4到碳化硅I表面，保證了刻蝕后臺面?zhèn)缺诮橘|(zhì)掩膜4的留存，如圖7所示；
7)在碳化硅材料表面涂覆形成光敏掩膜層，接著進(jìn)行曝光，形成待注入圖形；
8)臺面上第一種介質(zhì)掩膜層2及側(cè)壁第二種介質(zhì)掩膜層4的保護(hù)，結(jié)合離子注入?yún)^(qū)外的光敏掩膜層3的保護(hù)，進(jìn)行柵槽區(qū)域的高能離子注入形成柵注入?yún)^(qū)域5，如圖8所示；
9)濕法去除碳化硅表面光刻掩膜層3及介質(zhì)掩膜層2、4，如圖9所示。
[0020]所述的碳化硅材料為碳化硅襯底上生長了一層或多層碳化硅薄膜的外延片。
[0021]所述的第一種介質(zhì)掩膜層2為二氧化硅或者氮氧化硅，采用化學(xué)氣相淀積方法為感應(yīng)耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法(ICP-PECVD)或者等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法(PECVD)，第一種介質(zhì)掩膜層2的厚度為2um?4um，采用的干法刻蝕方法為感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)。
[0022]所述的第一種介質(zhì)掩膜層2表面涂覆光敏掩膜層3的方法包括以下步驟:1)采用蒸汽噴涂法將粘附劑HMDS涂覆在第一種介質(zhì)掩膜層2表面；
2)將AZ系列光刻膠涂覆到粘附劑表面形成光敏掩膜層，且該光敏掩膜層厚度為6 ii m?12 ii m ;采用的干法刻蝕方法為感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)。
[0023]所述的曝光操作時(shí)的能量為300?1000mJ/cm2,使用的光刻機(jī)為手動式光刻機(jī)或者步進(jìn)式光刻機(jī)，顯影時(shí)間為0.5?2min ;顯影液采用3038顯影液或441顯影液(I?IOml/sec)。
[0024]所述的干法刻蝕第一種介質(zhì)掩膜層2的工藝包括:①采用三氟甲烷(CHF3)氣體；②氣體流量為5SCCm?30SCCm ;③反應(yīng)時(shí)腔體壓力為0.5Pa?IPa 干法刻蝕時(shí)底板溫度為室溫！⑤干法刻蝕時(shí)上電極功率不加，下電極功率為200W?500W ;⑥刻蝕采用光敏掩膜層3阻擋的第一種介質(zhì)掩膜層2的速率在20nm?100nm/min ;⑦刻蝕光敏掩膜層3與第一種介質(zhì)掩膜層2的刻蝕比在1:0.5?1:5，采用的干法刻蝕方法為感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)0
[0025]所述的干法刻蝕碳化硅:
①采用了六氟化硫(SF6)氣體與氧氣(O2)的混合氣體或者六氟化硫(SF6)氣體、氧氣
(O2)和IS氣(Ar)的混合氣體；
②六氟化硫(SF6)氣體與氧氣(O2)的流量比例為1:1?1:5 ;六氟化硫(SF6)氣體、氧氣(O2)和氬氣(Ar)的流量比例為1:1:2?7:8:5 ;
③反應(yīng)時(shí)腔體壓力為0.3Pa?1.5Pa ；
④干法刻蝕時(shí)底板溫度為室溫到80°C；
⑤干法刻蝕時(shí)上電極功率300W?800W，下電極功率為3W?50W;⑥刻蝕采用二氧化硅或氮氧化娃阻擋層刻蝕碳化娃的速率在20nm?300nm/min。
[0026]所述的第二種介質(zhì)掩膜層4為二氧化硅或者氮氧化硅，采用化學(xué)氣相淀積方法為感應(yīng)耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法(ICP-PECVD)或者等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法(PECVD);第二種介質(zhì)掩膜層4的厚度為IOOnm?500nm。
[0027]所述的干法刻蝕第二種介質(zhì)掩膜層4工藝包括:①采用了三氟甲烷(CHF3)氣體；
②氣體流量為5SCCm?30SCCm ;③反應(yīng)時(shí)腔體壓力為0.5Pa?IPa 干法刻蝕時(shí)底板溫度為室溫?、莞煞涛g時(shí)上電極功率不加，下電極功率為100W?500W ;⑥刻蝕二種介質(zhì)掩膜層4的速率在20nm?100nm/min。
[0028]所述的柵槽區(qū)域的高能離子注入采用的是Al離子。注入能量為300Kev?550Kev，注入劑量為3E13 CnT2?2E15cnT2。
[0029]所述的濕法去除碳化硅表面光刻掩膜層3及第一介質(zhì)掩膜層2、第二介質(zhì)掩膜層4:濕法腐蝕酸性溶液采用的是:針對光刻掩膜層3，配方為H2S04+H202=1:1?5:1，腐蝕溫度煮沸；針對第一介質(zhì)掩膜層2、第二介質(zhì)掩膜層4，配方為HF =H2O=1:1?1: 10，腐蝕溫度室溫；或者采用標(biāo)準(zhǔn)外購緩沖氫氟酸，采用40°C?80°C水浴條件下進(jìn)行腐蝕。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征是該方法包括如下步驟: 1)在碳化娃材料表面生長第一種介質(zhì)掩膜層； 2)在生長的第一種介質(zhì)掩膜層表面涂覆光敏掩膜層形成光敏掩膜層，接著進(jìn)行曝光、顯影，形成待刻蝕臺面圖形； 3)對露出的圖形區(qū)域進(jìn)行過刻蝕第一種介質(zhì)掩膜層到碳化硅表面的同時(shí)去除光刻膠； 4)用第一種介質(zhì)掩膜層作為阻擋層，干法刻蝕碳化硅形成臺面；濕法去除碳化硅表面第一種介質(zhì)掩膜層； 5)在碳化硅材料表面再次生長第二種介質(zhì)掩膜層； 6)采用自對準(zhǔn)的方法，干法刻蝕第二種介質(zhì)掩膜層到碳化硅表面，保證了刻蝕后臺面?zhèn)缺诮橘|(zhì)掩膜的留存； 7)在碳化硅材料表面涂覆形成光敏掩膜層，接著進(jìn)行曝光，形成待注入圖形； 8)通過臺面上第一種介質(zhì)掩膜層及側(cè)壁第二種介質(zhì)掩膜層的保護(hù)，結(jié)合離子注入?yún)^(qū)外的光敏掩膜層的保護(hù)，進(jìn)行柵槽區(qū)域的高能離子注入形成柵注入?yún)^(qū)域； 9)濕法去除碳化硅表面光刻掩膜層及介質(zhì)掩膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于，所述的碳化娃材料為碳化娃襯底上生長了一層或多層碳化娃薄膜的外延片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于所述的第一種介質(zhì)掩膜層為二氧化硅或者氮氧化硅，采用化學(xué)氣相淀積方法為感應(yīng)耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法(ICP-PECVD)或者等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法(PECVD)，第一種介質(zhì)掩膜層的厚度為2um~4um，采用的干法刻蝕方法為感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于所述的第一種介質(zhì)掩膜層表面涂覆光敏掩膜層的方法包括以下步驟: 1)采用蒸汽噴涂法將粘附劑HMDS涂覆在第一種介質(zhì)掩膜層表面； 2)將AZ系列光刻膠涂覆到粘附劑表面形成光敏掩膜層，且該光敏掩膜層厚度為6 ii m~12 ii m ;采用的干法刻蝕方法為感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于所述的曝光操作時(shí)的能量為300~lOOOmJ/cm2，使用的光刻機(jī)為手動式光刻機(jī)或者步進(jìn)式光刻機(jī)，顯影時(shí)間為0.5~2min ;顯影液采用3038顯影液或441顯影液I~10ml/sec。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于所述的干法刻蝕第一種介質(zhì)掩膜層的工藝包括:①采用三氟甲烷(CHF3)氣體；②氣體流量為5sccm~30sccm ;③反應(yīng)時(shí)腔體壓力為0.5Pa~IPa 干法刻蝕時(shí)底板溫度為室溫；⑤干法刻蝕時(shí)上電極功率不加，下電極功率為200W~500W 刻蝕采用光敏掩膜層3阻擋的第一種介質(zhì)掩膜層的速率在20nm~100nm/min 刻蝕光敏掩膜層與第一種介質(zhì)掩膜層的刻蝕比在1:0.5~1:5，采用的干法刻蝕方法為感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于所述的干法刻蝕碳化娃: ①采用了六氟化硫(SF6)氣體與氧氣(O2)的混合氣體或者六氟化硫(SF6)氣體、氧氣(O2)和IS氣(Ar)的混合氣體；②六氟化硫(SF6)氣體與氧氣(O2)的流量比例為1:1~1:5 ;六氟化硫(SF6)氣體、氧氣(O2)和氬氣(Ar)的流量比例為1:1:2~7:8:5 ; ③反應(yīng)時(shí)腔體壓力為0.3Pa~1.5Pa ； ④干法刻蝕時(shí)底板溫度為室溫到80°C； ⑤干法刻蝕時(shí)上電極功率300W~800W，下電極功率為3W~50W； ⑥刻蝕采用二氧化娃或氮氧化娃阻擋層刻蝕碳化娃的速率在20nm~300nm/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于所述的第二種介質(zhì)掩膜層為二氧化硅或者氮氧化硅，采用化學(xué)氣相淀積方法為感應(yīng)耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法(ICP-PECVD )或者等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法(PECVD);第二種介質(zhì)掩膜層的厚度為IOOnm~500nm ;干法刻蝕第二種介質(zhì)掩膜層工藝包括:①采用了三氟甲烷(CHF3)氣體；②氣體流量為5sccm~30sccm ;③反應(yīng)時(shí)腔體壓力為0.5Pa~IPa ;④干法刻蝕時(shí)底板溫度為室溫！⑤干法刻蝕時(shí)上電極功率不加，下電極功率為100W~500W ;?刻蝕二種介質(zhì)掩膜層4的速率在20nm~100nm/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于所述的柵槽區(qū)域的高能離子注入采用的是Al離子；注入能量為300Kev~550Kev，注入劑量為3E13cm 2 ~2E15cm 2。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化硅靜電感應(yīng)晶體管減小柵長的方法，其特征在于所述的濕法去除碳化硅表面光刻掩膜層及第一介質(zhì)掩膜層、第二介質(zhì)掩膜層:濕法腐蝕酸性溶液采用的是:針對光刻掩膜層，配方SH2SO4 =H2O2=1:1~5:1，腐蝕溫度煮沸；針對第一介質(zhì)掩膜層2、第二介質(zhì)掩膜層4，配方為HF =H2O=1:1~1: 10，腐蝕溫度室溫；或者采用標(biāo)準(zhǔn)外購緩沖氫氟酸，采用40°C~80°C水浴條件下進(jìn)行腐蝕。
【文檔編號】H01L21/266GK103617956SQ201310505608
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】陳剛, 劉海琪, 柏松 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所