刻蚀方法和碳化硅电子器件技术

本申请涉及刻蚀方法和碳化硅电子器件。该方法包括交替进行的刻蚀阶段和沉积阶段，刻蚀阶段，向腔室内通入含氟气体和含氧气体，并提供激励电源和偏压电源，对碳化硅基板进行刻蚀；沉积阶段，向腔室内通入含氧气体，不通入含氟气体，并提供激励电源和偏压电源，在碳化硅基板上沉积氧硅化合物形成保护膜。根据本申请，可得到侧壁垂直、底部圆滑的碳化硅沟槽。底部圆滑的碳化硅沟槽。底部圆滑的碳化硅沟槽。

【技术实现步骤摘要】
刻蚀方法和碳化硅电子器件


[0001]本申请涉及半导体
，特别涉及一种刻蚀方法和一种碳化硅电子器件。

技术介绍

[0002]SiC(碳化硅)材料作为第三代宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、热导率高、击穿电场强度大、饱和电子漂移速度大和能承受极端环境变化等一系列优点，目前被广泛应用于电子器件的制备中。场效应晶体管是一种典型的电子器件，其可以实现信号放大、开关等作用，并避免打火，被广泛应用于微波通信、电力电网等领域。栅极是场效应晶体管中的重要组成部分，相比于传统的平面栅极结构，沟槽栅拥有对沟道更强的调控能力。因此，如何在碳化硅材料中获得沟槽结构是目前制备碳化硅场效应晶体管的关键工艺阶段。然而，SiC材料的化学性质十分稳定，常温下的湿法化学腐蚀无法实现SiC的刻蚀，因此常采用的SiC刻蚀方法为等离子体干法刻蚀。但是在各种刻蚀方法中，普遍出现的微沟槽极易产生电场集中效应，对器件性能造成不利影响。在碳化硅刻蚀中得到底部圆滑的沟槽结构能显著改善电场集中效应，是制备碳化硅电子器件的一个重要的挑战。
[0003]还有一些相关技术中，采用Cl2等具有毒性的气体作为特殊气体以得到底部圆滑的碳化硅微槽结构，Cl2导致工艺安全性降低、对环境造成一定污染。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供一种无需提供特殊气体、成本低、无污染的实现底部圆滑的碳化硅沟槽的刻蚀方法及采用该刻蚀方法得到的电子器件。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种刻蚀方法，所述方法用于刻蚀置于腔室中的碳化硅基板，所述碳化硅基板上定义有沟槽结构，所述方法包括交替进行的刻蚀阶段和沉积阶段：
[0006]刻蚀阶段，向所述腔室内通入含氟气体和含氧气体，并提供激励电源和偏压电源，对所述碳化硅基板进行刻蚀；
[0007]沉积阶段，向所述腔室内通入含氧气体，不通入含氟气体，并提供激励电源和偏压电源，在所述碳化硅基板上沉积氧硅化合物形成保护膜。
[0008]在一些实施方式中，在所述刻蚀阶段中，向所述腔室内通入的所述含氟气体的流量与通入的所述含氧气体的流量的比值范围为0.1～10。
[0009]在一些实施方式中，所述方法还包括：
[0010]在相邻的所述刻蚀阶段和所述沉积阶段之间，还设置有抽空阶段，在所述抽空阶段，不通入气体，不提供激励电源和偏压电源，并抽空所述腔室内的气体。
[0011]在一些实施方式中，所述方法还包括：
[0012]在相邻的所述刻蚀阶段和所述沉积阶段之间，还设置有过渡阶段，在所述过渡阶段，向所述腔室内通入的所述含氟气体的流量为相邻的所述刻蚀阶段通入的所述含氟气体的流量与零流量之间的插值。
[0013]在一些实施方式中，所述方法还包括：
[0014]如果相邻的所述刻蚀阶段和所述沉积阶段的环境参数不同，则在相邻的所述刻蚀阶段和所述沉积阶段之间，还设置有缓冲阶段，所述缓冲阶段的所述环境参数为相邻的所述刻蚀阶段的所述环境参数与相邻的所述沉积阶段的所述环境参数之间的插值，所述环境参数为腔室压力、激励电源功率和偏压电源功率中的一者或多者。
[0015]在一些实施方式中，所述方法还包括：
[0016]在所述刻蚀阶段，还向所述腔室内通入辅助刻蚀气体，所述辅助刻蚀气体用以增强对沟槽的底部的轰击。
[0017]在一些实施方式中，在所述沉积阶段，还向所述腔室内通入辅助沉积气体，所述辅助沉积气体被电离后促使所述腔体内的含氧气体加快电离。
[0018]在一些实施方式中，在所述刻蚀阶段中通入的所述含氟气体的流量为10sccm～500sccm，在所述刻蚀阶段中通入的所述含氧气体的流量为5sccm～500sccm；
[0019]在所述沉积阶段中通入的所述含氧气体的流量为5sccm～50sccm。
[0020]在一些实施方式中，所述刻蚀阶段的工艺时间范围为0.2秒～8秒；
[0021]所述沉积阶段的工艺时间范围为0.2秒～8秒；
[0022]所述刻蚀阶段的激励电源功率为300W～3000W，所述刻蚀阶段的偏压电源的功率为100W～2000W；
[0023]所述沉积阶段的激励电源功率为300W～3000W，所述沉积阶段的偏压电源的功率为100W～2000W。
[0024]根据本申请的另一方面，还提供了一种碳化硅电子器件，包括碳化硅电子器件本体，所述碳化硅器件本体上具有采用如上所述的方法得到的具有圆滑底部的沟槽。
[0025]根据本申请的技术方案，在刻蚀阶段中通入含氟气体和含氧气体进行刻蚀，相比于只通入含氟气体，对Si和C的刻蚀速率更为平衡，易于形成圆滑底部，且刻蚀速度高；在沉积阶段，停止通入含氟气体，通入含氧气体，在沟槽侧壁形成保护膜，使得在下一个循环中，侧壁因为受到保护而避免侧蚀，而底部继续保持圆滑的形貌被进一步刻蚀。根据本申请，交替进行上述刻蚀阶段和沉积阶段，可得到侧壁垂直、底部圆滑的碳化硅沟槽，且无需额外提供特殊气体，安全、环保、成本低。
附图说明
[0026]通过结合附图对本申请示例性实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
[0027]图1示出根据本申请一实施例的刻蚀方法的流程图。
[0028]图2示出一相关技术得到的碳化硅沟槽形貌示意图。
[0029]图3示出另一相关技术得到的碳化硅沟槽形貌示意图。
[0030]图4(a)、(b)和(c)示出根据本申请一示例性实施例的通气示意图。
[0031]图5示出根据本申请一示例性得到的碳化硅沟槽形貌示意图。
具体实施方式
[0032]下面将参照附图更详细地描述本申请。虽然附图中显示了本申请的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0033]本申请提出了一种刻蚀方法，用于刻蚀置于腔室中的碳化硅基板，所述碳化硅基板上定义有沟槽结构。所述方法包括如图1所示的交替进行的刻蚀阶段101和沉积阶段102，以在所述碳化硅基板上形成具有圆滑底部的沟槽。
[0034]在刻蚀阶段101，向所述腔室内通入含氟气体和含氧气体，并提供激励电源和偏压电源，对所述碳化硅基板进行刻蚀。
[0035]在等离子体刻蚀阶段101，包含两个子过程，分别是Si的刻蚀和C的刻蚀。以含氟气体为SF6、含氧气体为O2为例对此过程进行说明。在激励电源作用下，SF6解离出F离子及含F自由基，O2解离出O离子及含氧自由基。在偏压电源作用下，SF6解离出的F离子及含F自由基对碳化硅基板中的Si进行刻蚀，生成物为气态的SiFx(氟硅化合物)；F离子及含F自由基对碳化硅基板中的C进行刻蚀，生成物为气态的CFx(氟碳化合物)。在偏压电源作用下，O2解离出的O离子及自由基与Si反应，生成SiOx(氧硅化合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刻蚀方法，其特征在于，所述方法用于刻蚀置于腔室中的碳化硅基板，所述碳化硅基板上定义有沟槽结构，所述方法包括交替进行的刻蚀阶段和沉积阶段：刻蚀阶段，向所述腔室内通入含氟气体和含氧气体，并提供激励电源和偏压电源，对所述碳化硅基板进行刻蚀；沉积阶段，向所述腔室内通入含氧气体，不通入含氟气体，并提供激励电源和偏压电源，在所述碳化硅基板上沉积氧硅化合物形成保护膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述刻蚀阶段中，向所述腔室内通入的所述含氟气体的流量与通入的所述含氧气体的流量的比值范围为0.1～10。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在相邻的所述刻蚀阶段和所述沉积阶段之间，还设置有抽空阶段，在所述抽空阶段，不通入气体，不提供激励电源和偏压电源，并抽空所述腔室内的气体。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在相邻的所述刻蚀阶段和所述沉积阶段之间，还设置有过渡阶段，在所述过渡阶段，向所述腔室内通入的所述含氟气体的流量为相邻的所述刻蚀阶段通入的所述含氟气体的流量与零流量之间的插值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果相邻的所述刻蚀阶段和所述沉积阶段的环境参数不同，则在相邻的所述刻蚀阶段和所述沉积阶段之间，还设置有缓冲阶段，所述缓冲阶段的所述环境参数为相邻的所述刻蚀阶段的所述环境参数与相...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭晓宇，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：