本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳化硅襯底的刻蝕方法。

背景技術(shù)：

SiC(碳化硅)材料具有禁帶寬度大、擊穿場強(qiáng)高、介電常數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，在制備高溫、高頻、大功率、抗輻射的半導(dǎo)體器件及紫外光電探測器等方面具有極其廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為前景十分廣闊的第三代半導(dǎo)體材料。

刻蝕技術(shù)是SiC器件研制中的一項(xiàng)關(guān)鍵支撐技術(shù)，刻蝕工藝的刻蝕精度、刻蝕損傷以及刻蝕表面的殘留物均對SiC器件的性能有重要影響。由于SiC材料硬度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，濕法刻蝕無法達(dá)到要求，因此目前對SiC的刻蝕常采用等離子體干法刻蝕工藝，刻蝕的基本過程為：在SiC襯底上形成具有圖形的SiO₂(二氧化硅)掩膜，并將該SiC襯底置于刻蝕設(shè)備的腔室內(nèi)；將SF₆(六氟化硫)氣體和O₂(氧氣)作為刻蝕氣體通入腔室內(nèi)，并向刻蝕設(shè)備的上下射頻電極分別施加電壓，產(chǎn)生電弧放電，使部分刻蝕氣體電離生成離子、電子和自由基，這種由部分離化的氣體組成的氣相物質(zhì)稱為等離子體；等離子體會在電場的作用下高速運(yùn)動到SiC襯底表面，通過化學(xué)反應(yīng)和物理轟擊雙重作用刻蝕暴露的SiC襯底，在SiC襯底上形成圖形。

但是，在實(shí)際的刻蝕過程中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，刻蝕得到的圖形拐角處(即圖形底部與側(cè)壁的交界處)容易形成如圖1所示的微溝槽3，這種現(xiàn)象尤其在圖形關(guān)鍵尺寸較小時更加嚴(yán)重。微溝槽3的存在會使下一步的填充工藝在該處形成空洞，極大地降低SiC器件的可靠性，并且對于SiC傳感器，微溝槽3會使應(yīng)力集中在該處，導(dǎo)致SiC傳感器的性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出一種SiC襯底的刻蝕方法，以 防止在SiC襯底刻蝕時圖形拐角處微溝槽的形成。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種SiC襯底的刻蝕方法，該刻蝕方法包括：將刻蝕氣體通入刻蝕設(shè)備的腔室內(nèi)，對SiC襯底進(jìn)行刻蝕；其中，所述刻蝕氣體包括含氟氣體、O₂和HBr(溴化氫)氣體。

本發(fā)明所提供的碳化硅襯底的刻蝕方法中，刻蝕氣體包括含氟氣體、O₂和HBr氣體，相比現(xiàn)有技術(shù)(現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕氣體為SF₆和O₂)，增加了HBr氣體，HBr氣體能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成聚合物，所生成的聚合物附著在圖形的底部和側(cè)壁上，能夠?qū)Φ撞亢蛡?cè)壁，特別是圖形拐角處，產(chǎn)生保護(hù)作用，從而減弱反應(yīng)離子對圖形拐角處的刻蝕，有效地防止了微溝槽在圖形拐角處形成。

基于上述碳化硅襯底的刻蝕方法，可選的，所述溴化氫氣體的氣體流量占全部刻蝕氣體總氣體流量的60％～80％。

進(jìn)一步的，所述含氟氣體的氣體流量與所述氧氣的氣體流量的比為1:1。

基于上述碳化硅襯底的刻蝕方法，可選的，刻蝕時向刻蝕設(shè)備的上電極施加上電極電壓，所述上電極電壓的功率為1000W～1200W。

可選的，刻蝕時向刻蝕設(shè)備的下電極施加下電極電壓，所述下電極電壓的功率為200W～350W。

可選的，所述含氟氣體為六氟化硫氣體、碳氟化合物氣體或三氟甲烷氣體。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為采用現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕方法所得到的圖形的表面形貌；

圖2為采用本發(fā)明實(shí)施例所提供的刻蝕方法所得到的圖形的表面形貌；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的刻蝕方法采用的刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-SiC襯底； 2-SiO₂掩膜；

3-微溝槽； 4-上射頻電極；

5-進(jìn)氣口； 6-腔室；

7-靜電卡盤； 8-冷卻器；

9-分子泵； 10-干泵；

11-等離子體； V1-上電極電壓；

V2-下電極電壓。

具體實(shí)施方式

正如背景技術(shù)所述，現(xiàn)有技術(shù)中對SiC襯底刻蝕得到的圖形拐角處容易形成微溝槽3。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，形成微溝槽3的原因之一在于：理想狀況下，刻蝕所得到的圖形底部邊緣與側(cè)壁應(yīng)呈90°角，且底部平整，但是由于圖形拐角處相對于圖形的其它區(qū)域反應(yīng)生成物較難排出，加上O₂的存在，會在圖形拐角處形成SiF_xO_y(硅氟氧化合物)層，該SiF_xO_y層相較SiC來說更容易被充電，SiF_xO_y層在充電后會吸引更多的離子，使離子偏轉(zhuǎn)向圖形拐角處，增強(qiáng)了該位置處的離子數(shù)量，引起該處的刻蝕作用相對于其它位置增強(qiáng)，形成微溝槽3。進(jìn)一步的，在圖形關(guān)鍵尺寸較小時(如：小于50μm)，圖形拐角處氣體交換較慢，反應(yīng)生成物相對更難排出，因此更易形成SiF_xO_y層，加速微溝槽3的形成。

基于以上研究，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種SiC襯底的刻蝕方法，如圖2所示，該刻蝕方法包括：將刻蝕氣體通入刻蝕設(shè)備的腔室內(nèi)，對SiC襯底進(jìn)行刻蝕；其中，該刻蝕氣體包括含氟氣體、O₂和HBr氣體。

上述碳化硅襯底的刻蝕方法中，在刻蝕氣體中增加了HBr氣體，刻蝕過程中，HBr氣體一方面能夠?qū)iC襯底進(jìn)行物理轟擊，另一方面能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成聚合物，所生成的聚合物附著在刻蝕圖形的底部和側(cè)壁上，從而對圖形拐角處產(chǎn)生保護(hù)作用，減弱反應(yīng)離子對圖形拐角處的刻蝕，有效地防止了微溝槽在圖形拐角處形成，進(jìn)而解決了由微溝槽的存在所引起的SiC器件可靠性下 降，SiC傳感器的性能下降的問題。

值得一提的是，在對SiC襯底的刻蝕中，Si(硅)原子的刻蝕既有化學(xué)反應(yīng)作用，又有物理轟擊作用，而C(碳)原子的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，對C原子的刻蝕起主要作用的是物理轟擊，因此C原子的刻蝕速率遠(yuǎn)低于Si原子的刻蝕速率。當(dāng)轟擊粒子打在圖形側(cè)壁上時，引起C原子的一次濺射，之后C原子回彈到側(cè)壁底部，引起C原子的二次濺射，這會加速微溝槽的出現(xiàn)。本實(shí)施例中，通過在刻蝕氣體中加入HBr氣體，HBr在轟擊圖形側(cè)壁后，能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成聚合物，所生成的聚合物附著在側(cè)壁上，這減輕了C原子濺射對微溝槽形成的加速作用，有利于防止微溝槽的形成。

此外，由于HBr氣體所生成的聚合物附著在刻蝕圖形的側(cè)壁上，對側(cè)壁形成保護(hù)，減弱了反應(yīng)離子對側(cè)壁的刻蝕，因此有利于提高刻蝕圖形的側(cè)壁相對于底部的垂直度和側(cè)壁的光滑程度，從而提高刻蝕圖形的可靠性。

下面結(jié)合具體的刻蝕設(shè)備，對本實(shí)施例所提供的SiC襯底的刻蝕方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

參見圖2和圖3，首先在待刻蝕的SiC襯底1上形成具有圖形的掩膜，此處以所形成的掩膜為SiO₂掩膜為例進(jìn)行說明；然后將帶有掩膜的SiC襯底1放入刻蝕設(shè)備的腔室6內(nèi)，通過刻蝕設(shè)備的進(jìn)氣口5向腔室6內(nèi)通入刻蝕氣體，該刻蝕氣體包括含氟氣體、O₂和HBr氣體；同時向上射頻電極4施加上電極電壓V1，上電極電壓V1的功率為上電極射頻功率，并向下射頻電極(圖3中未示出，位于靜電卡盤7上)施加下電極電壓V2，下電極電壓V2的功率為下電極射頻功率。上電極電壓V1與下電極電壓V2產(chǎn)生電弧放電，使部分刻蝕氣體電離，形成等離子體11，等離子體11在上電極電壓V1與下電極電壓V2之間所形成的電場的作用下高速運(yùn)動到SiC襯底1的表面，從而形成對SiC襯底1的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)刻蝕。

刻蝕氣體所包括的含氟氣體可為SF₆(六氟化硫)氣體、C_xF_y(碳氟化合物)氣體或CHF₃(三氟甲烷)氣體等，其中C_xF_y氣體例如可為CF₄(四氟化碳)氣體。含氟氣體的主要作用為通過電離得到氟離子，氟離子與SiC襯底1中Si原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成SiF₄(四氟化硅)氣體，實(shí)現(xiàn)對Si原子的刻蝕。以含氟 氣體為SF₆氣體為例，其通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對Si原子的刻蝕的反應(yīng)機(jī)理為：SiC+SF₆→SiF₄↑+CS₂↑+CF₄↑+SF₄↑；C+O₂→CO↑+CO₂↑。

前面已經(jīng)提到，本實(shí)施中通過在刻蝕氣體中加入HBr氣體，防止刻蝕圖形拐角處微溝槽的形成。所加入的HBr氣體的氣體流量在全部刻蝕氣體總氣體流量中所占的百分?jǐn)?shù)不宜過多，過多會造成含氟氣體和O₂的量太少，導(dǎo)致刻蝕速率下降；所加入的HBr氣體的氣體流量在全部刻蝕氣體總氣體流量中所占的百分?jǐn)?shù)也不宜過少，過少會造成HBr無法有效地防止微溝槽形成。較為優(yōu)選的是，所加入的HBr氣體的氣體流量在全部刻蝕氣體總氣體流量中所占的百分?jǐn)?shù)為60％-80％。

刻蝕氣體中，若含氟氣體的氣體流量超過O₂的氣體流量過多，則會在增大刻蝕速率的同時，加劇微溝槽現(xiàn)象；若含氟氣體的氣體流量少于O₂的氣體流量過多，則會導(dǎo)致刻蝕選擇比下降?；诖?，優(yōu)選的可使刻蝕氣體中含氟氣體的氣體流量與O₂的氣體流量的比為1:1，以平衡微溝槽現(xiàn)象與刻蝕選擇比之間的制衡關(guān)系。

需要說明的是，本實(shí)施例中所提到的刻蝕選擇比具體是指SiC對SiO₂的刻蝕選擇比。

為了保證較高的刻蝕選擇比，上電極射頻功率不宜過高，過高會造成粒子間碰撞的幾率加大，造成粒子運(yùn)動的平均自由程增加，直流自偏壓下降，最終導(dǎo)致C刻蝕選擇比降低；為了保證較高的刻蝕速率，上電極射頻功率不宜過低，過低會造成含氟氣體不能有效電離，反應(yīng)離子的量減少，導(dǎo)致刻蝕速率下降。本實(shí)施例中，上電極射頻功率的范圍優(yōu)選的可為1000W～1200W。

下電極射頻功率如果過高，會導(dǎo)致刻蝕選擇比下降，如果過低，會導(dǎo)致不能產(chǎn)生高速刻蝕，基于此，本實(shí)施例中下電極射頻功率的范圍優(yōu)選的可為200W～350W。

需要補(bǔ)充說明的是，在對SiC襯底1的刻蝕過程中，化學(xué)反應(yīng)會放出或吸收熱量，可通過靜電卡盤7底部連接冷卻器8，來使放置于靜電卡盤7上的SiC襯底1保持一定的溫度，以保證刻蝕的均勻性。此外，刻蝕過程的反應(yīng)生成物及剩余氣體可通過分子泵9和干泵10抽走。

本實(shí)施例所提供的SiC襯底1刻蝕方法，能夠改善各種圖形關(guān)鍵尺寸的刻蝕時產(chǎn)生的微溝槽現(xiàn)象，尤其對于圖形關(guān)鍵尺寸較小(小于2μm)的刻蝕時產(chǎn)生的微溝槽現(xiàn)象，改善效果特別顯著。

需要說明的是，為了較為清楚的描述本實(shí)施例所提供的刻蝕方法，本實(shí)施例基于圖3所示出的刻蝕設(shè)備對刻蝕方法進(jìn)行了具體介紹，但是該刻蝕設(shè)備不應(yīng)對本實(shí)施例所提供的刻蝕方法的適用范圍構(gòu)成限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本實(shí)施例所提供的技術(shù)方案，能夠?qū)⒃摽涛g方法用于其它結(jié)構(gòu)的刻蝕設(shè)備。

以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。