本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種獲得清潔溝槽側(cè)壁的方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體器件設(shè)計中，溝槽是一種常見的結(jié)構(gòu)特征。如圖1所示，附圖標(biāo)記10表示半導(dǎo)體材料，附圖標(biāo)記12和14分別表示形成在溝槽頂部和底部的金屬電極，附圖標(biāo)記16表示溝槽側(cè)壁。為了達到功能優(yōu)化和降低成本的目的，這些溝槽結(jié)構(gòu)中，溝槽的頂部和底部的尺寸a、c都是越小越好，往往達到相關(guān)光刻或者干法刻蝕工藝的極限。

在某些溝槽結(jié)構(gòu)中，溝槽的頂部、側(cè)壁和底部可能需要連接不同的電極，在器件應(yīng)用中被賦予不同的電位。因此它們之間需要具備良好的電絕緣性。如圖2所示的JFET器件中，在N型半導(dǎo)體材料20中形成溝槽，溝槽的頂部上的金屬電極22可以是源極，底部上的金屬電極24可能是柵極，附圖標(biāo)記26和28分別表示JFET器件的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)。柵源之間需要至少承受15V的典型開關(guān)電壓差，側(cè)壁附著的金屬可能會導(dǎo)致柵源導(dǎo)通或者漏電，器件失效。

由于溝槽頂部和底部的尺寸都已經(jīng)是工藝的極限，要在上面放置金屬電極就成為挑戰(zhàn)。為了減少電阻，這兩個金屬電極需要盡量占據(jù)溝槽頂部和底部的全部面積，又不能互相接觸而破壞電絕緣。為了解決這一問題，人們提出了所謂的“自對準(zhǔn)”工藝方法，利用器件表面的幾何特征，一次性地，同時沉積溝槽頂部和底部的金屬。

以上的“自對準(zhǔn)”工藝方法，缺陷是容易在側(cè)壁上也同時沉積金屬，造成例如源柵之間的短路或者漏電。為了避免這種現(xiàn)象，一般選用方向性強的金屬蒸發(fā)沉積，同時最理想的情況是讓溝槽剖面呈現(xiàn)倒梯形，如圖3所示，其中半導(dǎo)體以附圖標(biāo)記30表示，金屬30和32分別形成在在倒梯形溝槽的底部和頂部。然而在一些情況下，實現(xiàn)倒梯形并不容易，比如碳化硅材料的硬度很大，刻蝕難度很高，能夠得到接近垂直的側(cè)壁就已經(jīng)很困難。實際上，源柵之間的短路或者漏電，往往是碳化硅JFET器件最主要的良率損失來源。

因此，仍需要找到一種可以在“自對準(zhǔn)”工藝中，避免溝槽側(cè)壁殘留金屬的方法，從而改善一類溝槽結(jié)構(gòu)器件工藝的良率和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明利用半導(dǎo)體器件前道工藝中常見的不同方向性的介質(zhì)沉積和刻蝕工藝組合，來去除溝槽側(cè)壁殘留金屬。

為此，本發(fā)明提供一種獲得清潔溝槽側(cè)壁的方法，包括

S1、使用方向性弱的沉積工藝在溝槽表面形成保護層；

S2、使用方向性強的刻蝕工藝，去除溝槽頂部和底部上的保護層，溝槽側(cè)壁上仍覆蓋有保護層；

S3、使用方向性強的沉積工藝在溝槽表面形成金屬；以及

S4、剝離保護層。

在一個具體實施例中，在S3和S4之間還包括

S5、在形成有金屬的溝槽表面上使用方向性強的沉積工藝形成介質(zhì)，使得溝槽底部和頂部上的介質(zhì)比側(cè)壁上的介質(zhì)厚；

S6、使用方向性弱的刻蝕工藝去除溝槽側(cè)壁上的介質(zhì)；

S7、使用方向性弱的刻蝕工藝去除溝槽側(cè)壁上露出的金屬；以及

S8、去除溝槽頂部和底部殘留的介質(zhì)，露出頂部和底部的金屬。

在一個具體實施例中，，在S1中，所述方向性弱的工藝是原子層沉積工藝。

在一個具體實施例中，在S2中，使用高能粒子垂直轟擊工藝或反應(yīng)離子刻蝕工藝去除溝槽頂部和底部上的保護層。

在一個具體實施例中，在S3中，使用準(zhǔn)直濺射工藝形成所述金屬。

在一個具體實施例中，在S5中，使用有顯著下電極功率的PECVD和準(zhǔn)直濺射中的一個形成所述介質(zhì)。

在一個具體實施例中，在S6中，使用濕法刻蝕工藝去除所述溝槽側(cè)壁上的介質(zhì)。

在一個具體實施例中，在S7中，使用傾斜反應(yīng)離子刻蝕去除露出的金屬。

在一個具體實施例中，在S8中，使用緩沖氧化物刻蝕液去除所述殘留的介質(zhì)。

在一個具體實施例中，所述溝槽是由SiC材料形成的。

附圖說明

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型的溝槽結(jié)構(gòu)。

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的JFET器件中溝槽結(jié)構(gòu)。

圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的倒梯形溝槽的剖面結(jié)構(gòu)。

圖4a-d示出根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的器件結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖5a-d示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方法步驟的器件結(jié)構(gòu)剖面。

圖6示出據(jù)本發(fā)明的方法步驟。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明。附圖中相同的部分以相同的標(biāo)記表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。

在半導(dǎo)體器件工藝的介質(zhì)沉積步驟中，經(jīng)常需要根據(jù)要求選擇工藝方向性的強弱。方向性弱，指的是器件幾何形狀的各個表面沉積介質(zhì)得厚度趨向相同，也叫做“共型性(conformal)好”或者“臺階覆蓋性(step coverage)好”。方向性強，指的是器件上平表面的沉積厚度大于側(cè)壁的沉積厚度。介質(zhì)沉積的方向性強弱可以通過選擇沉積工藝方法或者工藝參數(shù)來控制。比如“原子層沉積(ALD)”、“四乙基原硅酸鹽(TEOS)”或者下電極功率很低的“等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)”都是半導(dǎo)體工藝中常用的實現(xiàn)良好臺階覆蓋性的工藝。而有顯著下電極功率的“等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)”、“準(zhǔn)直濺射(collimated sputtering)”等則是常用的方向性強的介質(zhì)沉積方法。

金屬的沉積方法也可有方向性強弱之分，例如蒸發(fā)即為方向性強的金屬沉積方法，這些均是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。

同理，半導(dǎo)體器件前道工藝中刻蝕也有方向性強弱之分。在方向性弱的刻蝕過程中，器件各個表面的刻蝕速率大致相同。在方向性強的刻蝕過程中，器件上平表面的刻蝕速率大于側(cè)壁的刻蝕速率?？涛g的方向性強弱同樣可以通過選擇刻蝕工藝方法或者工藝參數(shù)來控制。方向性弱的刻蝕方法有濕法刻蝕以及化學(xué)性強的干法刻蝕。方向性強的刻蝕方法有物理性強(強調(diào)從器件上方被電場加速的帶電粒子自上而下對暴露表面的轟擊)的干法刻蝕。這種物理性強的干法刻蝕常常是包含惰性氣體的“反應(yīng)離子(RIE)”刻蝕或者有顯著下電極功率的“感應(yīng)耦合等離子體(ICP)”刻蝕。

本發(fā)明利用半導(dǎo)體器件前道工藝中常見的不同方向性的介質(zhì)/金屬沉積和刻蝕工藝組合，來去除溝槽側(cè)壁殘留金屬。以下結(jié)合圖4a-d、圖5a-d和圖6具體說明。

如圖4-a所示，使用方向性弱的沉積工藝在溝槽表面形成保護層。其中，附圖標(biāo)記40表示半導(dǎo)體材料，42表示所形成的保護層，為介質(zhì)材料。所述半導(dǎo)體材料可以為SiC，保護層可以為SiO₂等。

其中，方向性弱的工藝?yán)缡窃訉映练e、四乙基原硅酸鹽沉積或者下電極功率很低的等離子增強化學(xué)氣相沉積。

如圖4-b所示，使用方向性強的刻蝕工藝，去除溝槽頂部和底部上的保護層，溝槽側(cè)壁上仍覆蓋有保護層。

在一個優(yōu)選實施例中，使用高能粒子垂直轟擊工藝或反應(yīng)離子刻蝕工藝去除溝槽頂部和底部上的保護層。

如圖4-c所示，使用方向性強的沉積工藝在溝槽表面形成金屬44，其中側(cè)壁金屬與半導(dǎo)體材料40之間有保護層42隔開。

在一個示例中，使用濺射或蒸發(fā)工藝形成所述金屬。更優(yōu)選的，使用準(zhǔn)直濺射工藝形成所述金屬，在這種情況下，側(cè)壁上濺射的金屬相對較少，降低了后續(xù)剝離工藝的難度。

如圖4-d所示，剝離保護層，從而連同側(cè)壁上的金屬一并去除。最終留下的是溝槽頂部和底部的金屬，而側(cè)壁上不存在金屬。

在一個優(yōu)選實施例中，使用緩沖氧化物刻蝕液(BOE，Buffered Oxide Etch)來剝離保護層。

在圖4-c所示的例子中，如果在側(cè)壁上沉積的金屬44很厚或很致密，使得在剝離過程中剝離液很難接觸保護層，那么，優(yōu)選地，在圖4-d所示的剝離保護層的步驟之前可以有如下方案。

如圖5-a所示，在形成有金屬44的溝槽表面上使用方向性強的沉積工藝形成介質(zhì)46，使得溝槽底部和頂部上的介質(zhì)比側(cè)壁上的介質(zhì)厚。

在一個優(yōu)選實施例中，使用有顯著下電極功率的PECVD和準(zhǔn)直濺射中的一個形成介質(zhì)46。

如圖5-b所示，使用方向性弱的刻蝕工藝去除溝槽側(cè)壁上的介質(zhì)46。

在一個示例中，使用濕法刻蝕工藝去除溝槽側(cè)壁上的介質(zhì)，露出側(cè)壁上的金屬44。

由于在之前的步驟中，溝槽底部和底部的介質(zhì)比側(cè)壁上的介質(zhì)厚的多，因此在使用方向性弱的刻蝕工藝去除側(cè)壁上的介質(zhì)時，合理的控制刻蝕時間，使得側(cè)壁上的介質(zhì)被去除，而溝槽頂部和底部仍留有一定厚度的介質(zhì)。

如圖5-c所示，使用方向性弱的刻蝕工藝去除溝槽側(cè)壁上露出的金屬44。

此時，溝槽頂部和底部的金屬由于有介質(zhì)保護，并不受影響。

在一個優(yōu)選實施例中，使用傾斜反應(yīng)離子刻蝕去除露出的金屬。

如圖5-d所示，去除溝槽頂部和底部殘留的介質(zhì)，露出頂部和底部的金屬。

由于金屬和介質(zhì)的刻蝕選擇比很高，因此在該步驟中可以選用方向性強的刻蝕工藝完成，也可以選擇方向性弱的刻蝕工藝完成，并不做特殊要求。

在一個優(yōu)選實施例中，使用緩沖氧化物刻蝕液(BOE，Buffered Oxide Etch)來去除殘留的介質(zhì)。

轉(zhuǎn)回到如圖4-d所示的步驟，剝離保護層。

在一個優(yōu)選實施例中，如果保護層和介質(zhì)為同種材料，圖5-d所示的步驟和圖4-d所示的步驟可以同時進行。例如使用緩沖氧化物刻蝕液來剝離保護層和去除溝槽頂部和底部的介質(zhì)。

本方法的思路是在自對準(zhǔn)金屬沉積之前，首先利用方向性弱的(臺階覆蓋性好)的工藝沉積一層介質(zhì)。使得溝槽側(cè)壁也有相當(dāng)介質(zhì)厚度。然后利用方向性強的刻蝕工藝，優(yōu)先去除器件溝槽頂部上平表面和溝槽底部平面上的介質(zhì)，留下側(cè)壁表面的介質(zhì)。接著進行自對準(zhǔn)金屬沉積，使得沉積金屬在溝槽頂部和底部與半導(dǎo)體材料直接接觸，而在溝槽側(cè)壁則沉積在介質(zhì)表面之上，不與側(cè)壁半導(dǎo)體材料接觸。沉積在介質(zhì)表面上的金屬，可以在去除側(cè)壁介質(zhì)的過程中(通常是濕法)一起清除。根據(jù)工藝需要，這個清除步驟可以是在熱處理(形成金屬半導(dǎo)體接觸)之后或者之前。任何一位有基本半導(dǎo)體工藝知識的操作員/工程師都可以輕易通過該教導(dǎo)領(lǐng)會本發(fā)明的技術(shù)方案，并通過實驗開發(fā)確認(rèn)相應(yīng)工藝細(xì)節(jié)。

本發(fā)明特別應(yīng)用在SiC器件制作工藝中，以克服SiC器件制作工藝中不易實現(xiàn)倒梯形溝槽的不足。

在上述實施例中，側(cè)壁的沉積物為金屬。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員，容易理解，根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的方法，可以去除側(cè)壁上的其它沉積物。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。