[发明专利]碳化硅沟槽的刻蚀方法及碳化硅器件的制备方法

说明书

本发明提供一种碳化硅沟槽的刻蚀方法及碳化硅器件的制备方法，刻蚀方法包括：于碳化硅衬底上形成第一介质层；于第一介质层上形成第二介质层；于第二介质层上形成光刻胶图形；基于光刻胶图形刻蚀第二介质层，刻蚀停止在第一介质层表面，以形成窗口；去除光刻胶图形，通过窗口湿法刻蚀第一介质层，以去除窗口中的第一介质层，湿法刻蚀同时去除窗口侧壁的粗糙结构以降低窗口侧壁的粗糙度；以第一介质层和第二介质层为掩膜，刻蚀碳化硅衬底以形成沟槽；去除第一介质层和第二介质层并对沟槽进行损伤修复处理。本发明可以有效降低碳化硅沟槽的表面粗糙度，提升碳化硅器件的沟槽栅氧层质量，大大地降低沟槽粗糙度对沟道载流子迁移率的影响。

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种碳化硅沟槽的刻蚀方法及碳化硅器件的制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)由于其独特的物理特性及材料属性而被公认为是极具前景的半导体材料。碳化硅作为一种宽禁带半导体，从物理特性来讲其具有高临界电场强度、高饱和电子迁移率高、高热导率，因此在高功率，高温，高频及抗辐射电子电力领域有良好的前景。碳化硅可以形成自然氧化物二氧化硅(SiO₂)的能力，赋予其在器件制造方面一个重要的材料优势。

碳化硅沟槽型UMOSFET具有沿C轴高的沟道迁移率，高的沟道密度且没有附加的JFET电阻使得其相比碳化硅平面型DMOSFET具有更低的特征导通电阻，碳化硅UMOSFET因为良好的特性使其具有广阔的应用前景。性能优良的碳化硅沟槽型器件要求碳化硅沟槽刻蚀沟槽底部平滑无微沟槽且侧壁陡直而光滑。对于碳化硅沟槽型UMOSFET的制作，沟槽刻蚀的形貌及粗糙度会对器件反向击穿、漏电性能及可靠性有较大的影响。在反向工作状态时，沟槽拐角处有严重的电场集中，沟槽底部不平滑或沟槽拐角的微沟槽容易使得栅氧介质层(Gate Oxide)被击穿而造成器件损坏。而有损伤或粗糙度高的沟槽侧壁也影响着栅氧介质层的质量进而影响器件的可靠性及寿命，这种突出的栅氧可靠性问题也是制约UMOSFET商业化量产的关键所在。除此以外，粗糙的沟槽侧壁也会对沟道电子迁移率产生影响，因此改善碳化硅沟槽刻蚀侧壁粗糙的工艺亟待解决。

硅(Si)原子与碳(C)原子之间强的化学键造就了碳化硅高的化学惰性，这使得碳化硅常温湿法腐蚀非常困难，制作台面和沟槽结构的碳化硅器件依赖于干法刻蚀。氟基气体相比氯基气体及溴基气体刻蚀速率更快而成为主流的刻蚀气体。通常在反应物中加入O₂用于增强C原子的去除及增加活性反应物的浓度。由于碳化硅刻蚀的工艺气氛使得光刻胶(PR)作为掩膜因选择比低(0.5，氟基气体)不适用于碳化硅深沟槽的刻蚀，碳化硅器件制造常用的掩膜材料是化学气相沉积(CVD)淀积的SiO₂。碳化硅沟槽刻蚀造成侧壁粗糙和损伤的原因有几种：(1)碳化硅刻蚀过程中不断复制SiO₂硬掩模的刻蚀形成的粗糙侧壁条纹，尤其是SiO₂硬掩模侧壁底部附近粗糙程度对碳化硅沟槽刻蚀侧壁粗糙度影响很大，此外SiO₂刻蚀造成底部拐角碳化硅形成台阶对获得陡直的沟槽形貌也不利；(2)碳化硅沟槽刻蚀过程高密度、高能等离子体对碳化硅侧壁及底部的物理轰击作用带来刻蚀损伤不可避免；(3)碳化硅沟槽刻蚀过程氟基气体不仅会刻蚀碳化硅同时也会刻蚀SiO₂，F基气体与SiO₂反应生成的未被抽走的副产物淀积到碳化硅沟槽表面，这些副产物作为“微掩膜”影响局部刻蚀速率且造成相当大程度的表面粗糙化。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

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碳化硅沟槽的刻蚀方法及碳化硅器件的制备方法，用于解决现有技术中碳化硅沟槽表面粗糙度较高的问题。