為避免金屬掩膜易引起的微掩膜，本文采用SiO2介質(zhì)作為掩膜，SF6/O2/Ar作為刻蝕氣體，利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)技術(shù)對4H-SiC trench MOSFET柵槽刻蝕工藝進(jìn)行了研究。本文詳細(xì)研究了ICP刻蝕的不同工藝數(shù)對刻蝕速率、刻蝕選擇比以及刻蝕形貌的影響。實驗結(jié)果表明：SiC刻蝕速率隨著ICP功率和RF偏壓功率的增大而增加；隨著氣體壓強(qiáng)的增大刻蝕選擇比降低；而隨著氧氣含量的提高，不僅刻蝕選擇比增大，而且能夠有效地消除微溝槽效應(yīng)�？涛g柵槽形貌和表面粗糙度分別通過掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡進(jìn)行表征，獲得了優(yōu)化的柵槽結(jié)構(gòu)，RMS表面粗糙度<0.4nm。

　　由于SiC具有寬禁帶(2.3～3.3eV)、高臨界擊穿電場(3×10⁶ V/cm)、高飽和電子漂移速度(2×10⁷ cm/s)、高熱導(dǎo)率(4.9 W/(cm· K))等優(yōu)點，使得SiC材料在制備大功率、高溫、高頻、抗輻射的半導(dǎo)體器件等方面具有極其廣泛的應(yīng)用。

　　然而，SiC材料硬度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，難以通過濕法腐蝕形成各種結(jié)構(gòu)，目前只能采用干法刻蝕的方法。對于SiC槽柵結(jié)構(gòu)器件如UMOSFET、Trench Gate IGBT以及SiC MEMS器件等三維結(jié)構(gòu)器件，刻蝕形貌、刻蝕損傷以及刻蝕表面殘留物等均對SiC器件的研制及性能有很大的影響。目前刻蝕SiC最常用的氣體是F基氣體，如CF4、SF6，本次實驗采用了SF6/O2/Ar作為刻蝕氣體。由于采用金屬做掩膜，容易在刻蝕過程中金屬簇會濺射到SiC表面，而金屬刻蝕速率遠(yuǎn)小于SiC刻蝕速率，從而導(dǎo)致微掩的形成，為了消除微掩膜效應(yīng)以及殘留金屬的污染，本實驗采用了高陡直的SiO2介質(zhì)作為刻蝕掩膜，通過掃描電鏡(SEM)觀測和原子力顯微鏡(AFM)觀測發(fā)現(xiàn)刻蝕表面很光滑，實驗中RMS表面粗糙度為0.36nm，未出現(xiàn)微掩膜；通過調(diào)節(jié)刻蝕參數(shù)，可以實現(xiàn)高刻蝕選擇比的SiC刻蝕。

　　在SiC的刻蝕工藝中，如何消除“微溝槽”是該工藝中的難點，微溝槽指在臨近側(cè)壁的底部形成的V形凹槽，它主要是由于該處刻蝕速率增強(qiáng)造成的；微溝槽的存在會導(dǎo)致器件的電場集中，降低器件的穩(wěn)定性和可靠性，本文對微溝槽消除方法進(jìn)行了探究，最終獲得了高刻蝕速率、高陡直性、高刻蝕選擇比、無微溝槽且底腳圓滑的柵槽刻蝕工藝條件。

　　1、實驗步驟

　　本實驗采用4H-SiC襯底作為刻蝕材料，經(jīng)常規(guī)清洗后，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)生長2μm厚SiO2作為SiC刻蝕的硬掩膜，之后LPCVD生長100nm非晶硅，此非晶硅作為刻蝕SiO2的掩膜，刻蝕圖形為寬度3μm 長條形區(qū)域。對非晶硅和SiO2的刻蝕分別利用Lam Research 公司的Rainbow 4420和Rainbow 4520，對SiC的刻蝕采用德國Sentech公司的SI500系列ICP刻蝕機(jī)。為了研究不同刻蝕參數(shù)對SiC刻蝕速率、刻蝕選擇比、微溝槽的消除的影響，選用了如下的刻蝕條件：ICP功率變化范圍為400～800 W，偏壓功率為30～200W，刻蝕壓強(qiáng)為0.2～2Pa，通過改變O2的流速使得O2含量變化范圍為10%～50%來研究氧氣含量對刻蝕效果的影響。通過SEMS-5500觀測刻蝕形貌和刻蝕深度，利用AFM 分析了樣品刻蝕的表面粗糙度的變化情況。

　　3、結(jié)論

　　為避免金屬掩膜易引起的微掩膜，本文采用SiO2作為掩膜，詳細(xì)研究了不同工藝參數(shù)包括ICP功率、RF偏壓功率、壓強(qiáng)、氧氣含量等對SiC槽柵區(qū)域的刻蝕速率、SiC與SiO2的刻蝕選擇比、刻蝕形貌的影響。研究結(jié)果表明可通過調(diào)節(jié)ICP功率和RF功率優(yōu)化SiC刻蝕速率，可通過調(diào)節(jié)壓強(qiáng)和O2含量調(diào)節(jié)刻蝕選擇比，重點研究了消除微溝槽的方法。最終獲得了高刻蝕速率，高陡直性，高刻蝕選擇比，無微溝槽且底腳圓滑的優(yōu)化刻蝕工藝條件。在ICP功率為800 W，RF功率為100 W，反應(yīng)室壓強(qiáng)為0.4Pa，SF6/O2/Ar流量為15/45/30的刻蝕條件下，刻蝕陡直性好，底部平整，無微溝槽且底腳圓滑的刻蝕效果，刻蝕速率約500nm/min。本文對高質(zhì)量SiC柵槽工藝及各種柵槽結(jié)構(gòu)SiC器件的研發(fā)具有一定借鑒意義。