[发明专利]一种碳化硅沟槽结构的制造方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅沟槽结构的制造方法，包括如下步骤，在碳化硅晶圆表面上生长第一刻蚀掩膜层；在碳化硅晶圆待制作沟槽区域的上方形成光刻胶；生长覆盖第一刻蚀掩膜层和光刻胶的第二刻蚀掩膜层；去除位于光刻胶上的部分第二刻蚀掩膜层和光刻胶，并形成第二刻蚀掩膜层的沟槽刻蚀窗口；利用带有沟槽刻蚀窗口的第二刻蚀掩膜层对第一刻蚀掩膜层进行刻蚀，形成第一刻蚀掩膜层的沟槽刻蚀窗口；分别以带有沟槽刻蚀窗口的第一、二刻蚀掩膜层为掩膜进行初步刻蚀和二次刻蚀，以形成目标沟槽。本发明实现了高深宽比、侧壁垂直且底部圆滑的碳化硅沟槽结构的制造，同时还实现了高速率刻蚀。

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术领域，特别涉及一种碳化硅沟槽结构的制造方法。

背景技术

碳化硅(SiC)作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一，由于其优良的材料性能，在高温高压高功率等应用中具有硅材料无法比拟的优势。以碳化硅材料制备的功率器件已成为目前半导体领域的研究热点之一。碳化硅功率器件包括沟槽结构器件，如沟槽栅MOSFET、沟槽栅IGBT等。然而，由于SiC材料的高硬度和化学稳定性，对沟槽结构器件使用湿法腐蚀工艺的难度大大增加，同时采用湿法腐蚀工艺的腐蚀精度也难以满足器件制造的需求，因此干法刻蚀是制作SiC沟槽的首选工艺。通过干法刻蚀形成的SiC沟槽一般具有较为垂直的侧壁，但是沟槽底部会形成微沟槽且不够圆滑，这会给器件的性能和可靠性带来很不利的影响。

为了获得侧壁垂直且底部圆滑的沟槽结构，目前的一种方法是首先获得侧壁垂直且底部圆滑的掩膜层窗口，再将窗口形貌按一定刻蚀选择比转移至SiC上。此种方法对掩膜窗口的形貌要求较为严格，同时为了控制SiC沟槽的形貌，对SiC的刻蚀速率较慢，特别是对于高深宽比沟槽的刻蚀，难以兼顾沟槽侧壁垂直度与底部形貌。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种碳化硅沟槽结构的制造方法，以解决现有技术中难以兼顾SiC沟槽侧壁垂直度与底部形貌的技术问题，实现高深宽比、侧壁垂直且底部圆滑的碳化硅沟槽结构。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种碳化硅沟槽结构的制造方法，包括如下步骤，

在碳化硅晶圆表面上生长第一刻蚀掩膜层；

在第一刻蚀掩膜层上位于碳化硅晶圆待制作沟槽区域的上方形成光刻胶；

生长覆盖第一刻蚀掩膜层和所述光刻胶的第二刻蚀掩膜层；

湿法去除所述光刻胶，同时所述光刻胶上的第二刻蚀掩膜层被剥离掉，形成第二刻蚀掩膜层的沟槽刻蚀窗口；

以带有沟槽刻蚀窗口的第二刻蚀掩膜层为掩膜，对第一刻蚀掩膜层进行刻蚀，去除在第二刻蚀掩膜层的沟槽刻蚀窗口下的部分第一刻蚀掩膜层，形成第一刻蚀掩膜层的沟槽刻蚀窗口；

以带有沟槽刻蚀窗口的第二刻蚀掩膜层为掩膜，对位于第一刻蚀掩膜层的沟槽刻蚀窗口下的碳化硅晶圆的部分区域进行初步刻蚀，形成初步沟槽，并去除第二刻蚀掩膜层；

以带有沟槽刻蚀窗口的第一刻蚀掩膜层为掩膜，对初步沟槽进行二次刻蚀，形成侧壁垂直、底部光滑的目标沟槽，然后去除第一刻蚀掩膜层。

优选地，第一刻蚀掩膜层与碳化硅的刻蚀选择比选择成，能够消除目标沟槽结构中的微沟槽现象。

优选地，所述第一刻蚀掩膜层与碳化硅的刻蚀选择比在1～3之间。

优选地，所述第一刻蚀掩膜层为SiO2、SiN、非晶硅或多晶硅。

优选地，所述第二刻蚀掩膜层与碳化硅的刻蚀选择比选择成，能够使目标沟槽结构的侧壁垂直。

优选地，所述第二刻蚀掩膜层与碳化硅的刻蚀选择比大于6。

优选地，所述第二刻蚀掩膜层为金属氧化物或金属氮化物。