侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法及器件技术

本发明专利技术涉及一种侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法及器件。其包括：在所述SiC衬底内制备得到所需的沟槽；在上述沟槽内填充沟槽保护掩膜，对SiC衬底正主面上的沟槽保护掩膜选择性地掩蔽和刻蚀，以得到位于沟槽一外侧的倾斜侧壁刻蚀窗口；将上述SiC衬底倾斜置于斜面体上，利用倾斜侧壁刻蚀窗口对SiC衬底的正主面进行干法刻蚀，以在刻蚀后得到形成所述沟槽的倾斜侧壁，去除上述的沟槽保护掩膜，其中，对去除沟槽保护掩膜后的沟槽，所述沟槽由沟槽保护膜保护的一侧壁呈垂直面，所述沟槽的另一侧壁为上述的倾斜侧壁。本发明专利技术在SiC衬底上，能有效制备侧壁单侧倾斜的沟槽，提高SiC器件的沟道迁移率，与现有工艺兼容。与现有工艺兼容。与现有工艺兼容。

【技术实现步骤摘要】
侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法及器件


[0001]本专利技术涉及一种沟槽形成方法及器件，尤其是一种侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法及器件。

技术介绍

[0002]经过30余年的发展，采用Si衬底的功率器件性能已经接近Si材料的极限。随着电动汽车、光伏、风能绿色能源、智能电网等新的电力电子应用的发展，迫切要求电力电子器件在性能上更新换代。而宽禁带半导体SiC电力电子器件与Si同类器件相比，具有更高的关断电压、低一个数量级的导通电阻、更高的工作频率和更高的功率密度。
[0003]碳化硅(SiC)是一种宽禁带半导体材料，可用于制备功率器件，SiC功率器件适合于高频、高压、高温等应用场合，且有助于电力电子系统的效率和功率密度的提升。
[0004]碳化硅直接干法氧化制备成SiC MOSFET后，沟道迁移率很低，即使进行退火工艺，沟道迁移率的提升也有限。此外，对不同碳化硅晶面，由于氧化后碳化硅/氧化硅界面态密度不一样，因此，对应的沟道迁移率也不一样。
[0005]平面型的SiC MOSFET通常在Si{0001}面制备，制备出的器件沟道迁移率数值在20左右。在{11
‑
20}面制备的器件沟道迁移率在80左右，{0
‑
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‑
8}面约有90左右。{11
‑
20}与{0001}面垂直，{0
‑
33
‑
8}面与{0001}面夹角约在54.7度。
[0006]在制备沟槽型SiC器件时，如果要沟槽的侧壁落在{0
‑
33
‑
8}面上，沟槽的工艺难度非常大，如果要形成沟槽侧壁只有单侧的侧壁落在{0
‑
33
‑
8}面，另一面是垂直面，此时的工艺难度会进一步加大，因此，对SiC衬底，如何制备侧壁单侧倾斜的沟槽是目前急需解决的一个难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法及器件，其在SiC衬底上，能有效制备侧壁单侧倾斜的沟槽，提高SiC器件的沟道迁移率，与现有工艺兼容。
[0008]按照本专利技术提供的技术方案，一种侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法，所述沟槽形成方法包括：
[0009]提供SiC衬底，并在所述SiC衬底的{0
‑
33
‑
8}面进行沟槽刻蚀，以在所述SiC衬底内制备得到所需的沟槽；
[0010]在上述沟槽内填充沟槽保护掩膜，其中，填充在沟槽内的沟槽保护掩膜还覆盖于SiC衬底的正主面；
[0011]对SiC衬底正主面上的沟槽保护掩膜选择性地掩蔽和刻蚀，以得到位于沟槽一外侧的倾斜侧壁刻蚀窗口，其中，利用倾斜侧壁刻蚀窗口使得与所述倾斜侧壁刻蚀窗口正对应的SiC衬底正主面露出，且倾斜侧壁刻蚀窗口邻近沟槽的边缘与所邻近沟槽的一侧壁正对应；
[0012]将上述SiC衬底倾斜置于斜面体上，利用倾斜侧壁刻蚀窗口对SiC衬底的正主面进行干法刻蚀，以在刻蚀后得到形成所述沟槽的倾斜侧壁，其中，所述倾斜侧壁落在SiC衬底的{0
‑
33
‑
8}面，所述倾斜侧壁的一端连接沟槽的槽底，倾斜侧壁的另一端连接SiC衬底的正主面；
[0013]去除上述的沟槽保护掩膜，其中，对去除沟槽保护掩膜后的沟槽，所述沟槽由沟槽保护膜保护的一侧壁呈垂直面，所述沟槽的另一侧壁为上述的倾斜侧壁。
[0014]倾斜侧壁与SiC衬底正主面的夹角为β，其中，所述夹角β为53
°
～60
°
。
[0015]对斜面体，所述斜面体的斜面夹角为θ，其中，
[0016]SiC衬底的背主面置于斜面体的斜面上，且斜面体的斜面夹角θ为90
‑
β。
[0017]利用倾斜侧壁刻蚀窗口对SiC衬底的正主面进行干法刻蚀时，所述干法刻蚀工艺包括：
[0018]在SiC衬底内制备沟槽时，所述沟槽制备工艺包括：采用电感耦合等离子体刻蚀机进行干法刻蚀，刻蚀气体包括SF6和O2，或者CF4和O2，其中，
[0019]电感耦合等离子体刻蚀机的刻蚀源功率1000W～1300W，偏压功率为100W～250W，腔室压强为0.34Pa～1Pa，
[0020]当刻蚀气体采用SF6和O2时，SF6流量为100sccm～120sccm，O2流量为5sccm～15sccm；
[0021]当刻蚀气体采用CF4和O2时，CF4流量为100sccm～120sccm，O2流量为5sccm～15sccm。
[0022]在SiC衬底的正主面沉积沟槽刻蚀掩膜；
[0023]对沟槽刻蚀掩膜选择性地掩蔽和刻蚀，以得到贯通沟槽刻蚀掩膜的沟槽刻蚀窗口；
[0024]利用上述沟槽刻蚀窗口对SiC衬底的正主面进行刻蚀，以在刻蚀后得到沟槽。
[0025]沟槽保护掩膜与沟槽刻蚀掩膜采用相同的材料，或者，沟槽保护掩膜与沟槽刻蚀掩膜选择采用相同去除工艺的材料；
[0026]沟槽刻蚀掩膜包括介质薄膜或金属薄膜，其中，
[0027]所述沟槽保护掩膜沉积填充在沟槽内并覆盖SiC衬底的正主面。
[0028]对介质薄膜，包括氧化硅薄膜或氧化铝薄膜；
[0029]对金属薄膜，包括镍薄膜或铬薄膜。
[0030]所述沟槽的深度为1.5μm～3μm。
[0031]所述SiC衬底包括导电衬底、制备于导电衬底上的缓冲层以及制备于缓冲层上的外延层，其中，
[0032]外延层的上表面形成SiC衬底的正主面，外延层的上表面与SiC衬底的{000
‑
1}面的偏离角为α，所述偏离角α不大于5
°
。
[0033]一种具有侧壁单侧倾斜沟槽的器件，所述器件包括侧壁单侧倾斜的沟槽，其中，所述侧壁单侧倾斜的沟槽由上述所述的形成方法制备得到。
[0034]本专利技术的优点：沟槽为长条形，所述沟槽具有单侧侧壁呈垂直面和另一侧壁呈倾斜分布，倾斜侧壁利用斜面体以及对SiC衬底干法刻蚀获得，制备的沟槽可用于制备沟槽栅SiC MOSFET器件，器件可获得较高的沟道迁移率，与现有工艺兼容。
附图说明
[0035]图1～图9为本专利技术沟槽形成一种实施例的工艺步骤剖视图，其中，
[0036]图1为本专利技术SiC衬底的剖视图。
[0037]图2为本专利技术制备得到沟槽刻蚀掩膜后的剖视图。
[0038]图3为本专利技术制备得到沟槽刻蚀窗口后的剖视图。
[0039]图4为本专利技术利用沟槽刻蚀窗口刻蚀得到沟槽后的剖视图。
[0040]图5为本专利技术制备得到沟槽保护掩膜后的剖视图。
[0041]图6为本专利技术制备得到倾斜侧壁刻蚀窗口后的剖视图。
[0042]图7为本专利技术放置于斜面体上的剖视图。
[0043]图8为本专利技术得到倾斜侧壁后的剖视图。
[0044]图9为本专利技术制备得到侧壁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法，其特征是，所述沟槽形成方法包括：提供SiC衬底，并在所述SiC衬底的{0
‑
33
‑
8}面进行沟槽刻蚀，以在所述SiC衬底内制备得到所需的沟槽；在上述沟槽内填充沟槽保护掩膜，其中，填充在沟槽内的沟槽保护掩膜还覆盖于SiC衬底的正主面；对SiC衬底正主面上的沟槽保护掩膜选择性地掩蔽和刻蚀，以得到位于沟槽一外侧的倾斜侧壁刻蚀窗口，其中，利用倾斜侧壁刻蚀窗口使得与所述倾斜侧壁刻蚀窗口正对应的SiC衬底正主面露出，且倾斜侧壁刻蚀窗口邻近沟槽的边缘与所邻近沟槽的一侧壁正对应；将上述SiC衬底倾斜置于斜面体上，利用倾斜侧壁刻蚀窗口对SiC衬底的正主面进行干法刻蚀，以在刻蚀后得到形成所述沟槽的倾斜侧壁，其中，所述倾斜侧壁落在SiC衬底的{0
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8}面，所述倾斜侧壁的一端连接沟槽的槽底，倾斜侧壁的另一端连接SiC衬底的正主面；去除上述的沟槽保护掩膜，其中，对去除沟槽保护掩膜后的沟槽，所述沟槽由沟槽保护膜保护的一侧壁呈垂直面，所述沟槽的另一侧壁为上述的倾斜侧壁。2.根据权利要求1所述侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法，其特征是：倾斜侧壁与SiC衬底正主面的夹角为β，其中，所述夹角β为53
°
～60
°
。3.根据权利要求2所述侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法，其特征是：对斜面体，所述斜面体的斜面夹角为θ，其中，SiC衬底的背主面置于斜面体的斜面上，且斜面体的斜面夹角θ为90
‑
β。4.根据权利要求1至3任一项所述侧壁单侧倾斜的沟槽形成方法，其特征是，利用倾斜侧壁刻蚀窗口对SiC衬底的正主面进行干法刻蚀时，所述干法刻蚀工艺包括：采用电感耦合等离子体刻蚀机进行干法刻蚀，刻蚀气体包括SF6和O2，或者CF4和O2，其中，电感耦合等离子体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，朱阳军，吴凯，张广银，徐真逸，杨飞，任雨，
申请(专利权)人：南京芯长征科技有限公司，
类型：发明
国别省市：