一种二氧化硅倾斜台面结构的制作方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化硅倾斜台面结构的制作方法及其应用，所述二氧化硅倾斜台面结构的斜坡顶部与底部具有1～15

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硅倾斜台面结构的制作方法及其应用


[0001]本专利技术属于半导体工艺
，特别是半导体电力电子器件工艺
，尤其涉及一种二氧化硅倾斜台面结构的制作方法及其应用。

技术介绍

[0002]二氧化硅(SiO2)薄膜材料是一种物理和化学性能都十分优良的介质薄膜，具有介电性能优良、损耗小及材料稳定性好等优点，是半导体微加工工艺中使用最广泛的材料之一。它既可以用于半导体材料的刻蚀掩膜，也可以用于半导体器件的表面钝化，还可以用于金属层间的介质隔离，应用十分广泛，因此，二氧化硅薄膜的制备以及图形化工艺在半导体微加工工艺中是十分重要且基础的工艺技术。二氧化硅薄膜的制备方法有很多，既可以通过各种类型的化学气相沉积(CVD)设备(如PECVD、ICPCVD以及LPCVD等)进行生长，也可以通过磁控溅射这类物理气相沉积设备进行生长，对于Si或者SiC材料来说还可以通过热氧化的方法在表面进行二氧化硅薄膜生长，而二氧化硅薄膜的图形化工艺则通常采用的是等离子体干法刻蚀工艺(如RIE、ICP刻蚀)或者湿法腐蚀工艺(如BOE或者HF溶液湿法腐蚀)。
[0003]对于SiO2的干法刻蚀工艺，由于干法刻蚀过程的各向异性以及使用光刻胶掩膜刻蚀SiO2过程的刻蚀选择比通常大于1，因此采用RIE或ICP设备干法刻蚀得到的SiO2刻蚀形貌一般都比较陡直。陡直的SiO2刻蚀形貌在一些器件工艺场景中不如具有倾斜角度的SiO2形貌有优势。例如，在加厚金属层间介质隔离这一应用场景中陡直的SiO2开孔形貌会造成上层加厚金属的台阶覆盖性变差，而在利用SiO2为掩膜刻蚀SiC材料时陡直的SiO2掩膜形貌容易造成SiC刻蚀过程中在刻蚀底角处产生刻蚀微沟槽，最后在制作器件场板终端结构时，陡直的SiO2形貌获得的耐压效率不如小角度的SiO2形貌高。
[0004]如果采用湿法腐蚀工艺进行SiO2薄膜的刻蚀，由于湿法腐蚀工艺的各向同性以及腐蚀药液的侧向钻蚀作用，湿法工艺得到的SiO2刻蚀形貌其刻蚀倾角相较于干法工艺会更小，侧壁刻蚀倾角一般在20～45
°
之间。日本Kimoto课题组的Hiyoshi等人在2008年其发表于TED的文章中采用该方法制得了形貌近似为1/4圆弧的SiO2倾斜台面并将其用于了刻蚀形成近似圆弧状的SiC倾斜台面。但湿法腐蚀工艺的固有缺点是它在工艺上的控制更困难且工艺重复性与均匀性较差。尤其当光刻图形线宽尺寸较小的情况下使用湿法工艺腐蚀SiO2会存在很大的光刻胶随机掉落风险，这将使得不应被腐蚀区域的SiO2同样地被腐蚀掉，造成不可逆的工艺损失。另外湿法腐蚀所用的BOE或者HF药液会对某些金属具有腐蚀作用，这限制了其在器件加厚金属层间介质隔离场景中的应用范围。
[0005]因此，考虑到工艺重复性及稳定性方面的原因，通常还是希望采用干法刻蚀工艺的方法来获得更小刻蚀角度的SiO2结构，这就需要对传统的干法刻蚀工艺进行改进。根据公开报道，中科院半导体所的唐龙娟等人公开了一种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，主要步骤为：1、对衬底进行清洗；2、在衬底上淀积二氧化硅薄膜；3、在淀积有薄膜的衬底上涂敷光刻胶，进行光刻；4、对光刻胶进行减薄处理；5、高温坚膜；6、对光刻后的衬底进行RIE干法刻蚀获得倾斜的二氧化硅侧壁形貌。作者通过该方法获得了角
度在40～70
°
之间厚度为1.5μm左右的二氧化硅倾斜台面结构。另外工艺上通过光刻胶回流技术也能实现对SiO2材料进行较小角度的刻蚀，光刻胶回流技术的特点如下：1、以光刻胶直接做为刻蚀SiO2材料的掩膜；2、通过对光刻胶进行高温回流使得胶边沿的角度变小；3、对覆盖着光刻胶的SiO2进行干法刻蚀，通过刻蚀过程中的图形转移得到具有较小倾角的SiO2倾斜台面结构。上述提到的两种方法有相似之处，它们都利用了高温对光刻胶进行烘烤处理从而降低光刻胶掩膜的角度形貌，并最终通过刻蚀过程中的图形转移将小角度形貌转移到SiO2薄膜上。尽管可以实现SiO2倾斜台面结构的制备，但由于上述方法采用了高温烘烤工艺，会造成光刻胶碳化，这将导致后续的去胶过程较为困难，无法简单地通过丙酮清洗完全去除残余光刻胶。而无论通过浓硫酸+双氧水清洗或者等离子体去胶机去胶在某些器件应用场景中均由于会损伤已有器件工艺结构而无法实施。若降低光刻胶的烘烤温度，虽然有利于后续的去胶过程，但获得的SiO2刻蚀角度也将更陡直。例如唐龙娟等人的专利申请中提到，当光刻胶烘烤温度为120℃时，获得的SiO2刻蚀倾角仅为60～70
°
，无法很好地满足相关应用场景的使用需求。
[0006]综合上述讨论可知，当前已有的制作形成二氧化硅倾斜台面结构的工艺方法都有各自的不足。因此，为了进一步地简化工艺、改善形貌、增强应用场景适应性以及提高工艺稳定性等，新的制作SiO2倾斜台面结构的工艺方法有待进一步的开发。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供一种二氧化硅倾斜台面结构的制作方法及其应用，该方法无需通过高温烘烤工艺即可实现二氧化硅倾斜台面结构的制作，为后续去胶提供方便，且通过本专利技术制备的二氧化硅倾斜台面结构可用于各类半导体器件的绝缘层、SiC材料的刻蚀掩膜以及SiC或GaN等材料制备的功率器件的终端结构，具有广阔的应用前景。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种二氧化硅倾斜台面结构的制作方法，所述二氧化硅倾斜台面结构的斜坡顶部与底部均具有1～15
°
的小角度，中部具有15～60
°
的大角度，所述二氧化硅倾斜台面结构是一种上小下大且边缘形貌圆润光滑的倾斜台面结构；二氧化硅倾斜台面结构利用双层胶工艺对膜厚介于0.5～5μm之间二氧化硅薄膜进行剥离形成的，过程如下：
[0009]S1：在样片上旋涂厚度为1～5μm的垫厚胶层A；
[0010]S2：在垫厚胶层A上继续旋涂厚度为0.5～5μm的光刻曝光胶层B；
[0011]S3：对由垫厚胶层A和光刻曝光胶层B共同组成的双层胶进行光刻及显影，显影液同时对垫厚胶层A进行侧向腐蚀，垫厚胶层A的图形开孔尺寸大于光刻曝光胶层B的开孔尺寸，在双胶层结构上形成倒台面开孔结构；
[0012]S4：通过化学气相沉积设备或磁控溅射设备淀积SiO2薄膜，淀积温度介于25～200℃之间，在光刻曝光胶层B上形成第一部分SiO2薄膜，在双层胶倒台面开孔图形中形成第二部分SiO2薄膜；
[0013]S5：剥离第一部分SiO2薄膜，第二部分得到图形化的二氧化硅倾斜台面结构。
[0014]优选的，所述步骤S1中，所述样片包括但不限于Si、SiC和GaN。
[0015]优选的，所述垫厚胶层A采用LOR系列垫厚胶，所述光刻曝光胶层B采用AZ系列光刻胶。
[0016]一种二氧化硅倾斜台面结构的应用，所述二氧化硅倾斜台面结构作为绝缘介质层应用于各类型半导体器件的加厚金属层间，实现金属层间的电学隔离并改善上层金属在SiO2介质开孔处的台阶覆盖性以及提高其电流承载能力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅倾斜台面结构的制作方法，其特征在于，所述二氧化硅倾斜台面结构的斜坡顶部与底部均具有1～15
°
的小角度，中部具有15～60
°
的大角度，所述二氧化硅倾斜台面结构为一种上小下大且边缘形貌圆润光滑的倾斜台面结构；二氧化硅倾斜台面结构利用双层胶工艺对膜厚介于0.5～5μm之间二氧化硅薄膜进行剥离形成，过程如下：S1：在样片上旋涂厚度为1～5μm的垫厚胶层A；S2：在垫厚胶层A上继续旋涂厚度为0.5～5μm的光刻曝光胶层B；S3：对由垫厚胶层A和光刻曝光胶层B共同组成的双层胶进行光刻及显影，显影液同时对垫厚胶层A进行侧向腐蚀，垫厚胶层A的图形开孔尺寸大于光刻曝光胶层B的开孔尺寸，在双胶层结构上形成倒台面开孔结构；S4：通过化学气相沉积设备或磁控溅射设备淀积SiO2薄膜，淀积温度介于25～200℃之间，在光刻曝光胶层B上形成第一部分SiO2薄膜，在双层胶倒台面开孔图形中形成第二部分SiO2薄膜；S5：剥离第一部分SiO2薄膜，第二部分得到图形化的二氧化硅倾斜台面结构。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良辉，徐星亮，徐哲，张林，李志强，李俊焘，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：