碳化硅(SiC)材料是目前世界上公認(rèn)的綠色高效的新型半導(dǎo)體材料，具有寬禁帶寬度、高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高飽和電子漂移速度、抗輻射能力強(qiáng)以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，使得SiC成為制備新型電力電子器件的立項(xiàng)材料，尤其適用于高壓、高頻、大功率、高輻照以及某些波長(zhǎng)的光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。因此，SiC器件是下一代大功率電力電子器件的最優(yōu)秀代表，具有推動(dòng)電網(wǎng)裝備革命性變革的潛力，是未來(lái)電力電子裝備競(jìng)爭(zhēng)的核心。
SiC MOSFET器件制備工藝中，多晶硅(Polysilicon)被廣泛用于柵電極，多晶電極對(duì)關(guān)鍵線寬(CD)要求極高，業(yè)界趨向于采用較低的射頻能量并能產(chǎn)生低壓和高密度的等離子體來(lái)實(shí)現(xiàn)多晶硅的干法刻蝕。其中感應(yīng)耦合等離子刻蝕技術(shù)(ICP)得到大力應(yīng)用。隨著功率器件尺寸的不斷縮小，多晶硅柵的刻蝕越來(lái)越具有難度和挑戰(zhàn)性。在漢斯出版社《應(yīng)用物理》期刊中，有論文詳細(xì)講述了如何優(yōu)化摻磷后多晶硅的干法刻蝕，最終成功應(yīng)用于6500V/20A SiC MOSFET產(chǎn)品，電學(xué)性能表現(xiàn)優(yōu)異。
為了保護(hù)MOSFET的柵極氧化層不被損傷，通常要把多晶硅刻蝕分成幾個(gè)步驟：主刻蝕、著陸刻蝕和過(guò)刻蝕。主刻蝕通常有比較高的刻蝕速率，但是對(duì)氧化硅的選擇比較小。通過(guò)主刻蝕可基本決定多晶硅的剖面輪廓和關(guān)鍵尺寸。著陸刻蝕通常對(duì)柵極氧化層有比較高的選擇比以確保柵極氧化層不被損傷。一旦觸及到柵極氧化層后就必須轉(zhuǎn)成對(duì)氧化硅選擇比更高的過(guò)刻蝕步驟以確保把殘余的硅清除干凈而不損傷到柵極氧化層。本文涉及的干法刻蝕工藝采用的是反應(yīng)離子刻蝕(RIE)刻蝕方式，設(shè)備包括傳送系統(tǒng)、工藝主腔、RF射頻電源、真空系統(tǒng)、特氣系統(tǒng)及終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)。
刻蝕終點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的原理如下，當(dāng)發(fā)生側(cè)面刻蝕時(shí)，可以借助于使刻蝕減少到最低量從而能控制線寬和邊緣剖面到一定的成都。具體方法包括：刻蝕層的直接宏觀檢測(cè)；監(jiān)測(cè)從刻蝕層的發(fā)射出的光波；用發(fā)射光譜法對(duì)等離子體刻蝕劑粒子的濃度檢測(cè)；用發(fā)射光譜法或質(zhì)譜法對(duì)刻蝕產(chǎn)物的檢測(cè)；等離子體阻抗變化的檢測(cè)。
本文通過(guò)工藝實(shí)驗(yàn)及理論分析，優(yōu)化了摻雜多晶硅的刻蝕工藝步驟，采取DHF對(duì)多晶硅表面預(yù)處理的方式，有效去除了刻蝕后的表面顆粒殘留。將優(yōu)化工藝應(yīng)用于一款6500V/20A SiC MOSFET中，器件表現(xiàn)出良好的輸出特性。最后，作者將本研究工作中所提出的工藝要點(diǎn)總結(jié)如下：
在光刻前增加表面的DHF預(yù)處理，可以有效去除摻雜多晶刻蝕可能出現(xiàn)的顆粒殘留，通過(guò)此方法適用于由于多晶摻雜工藝的變化進(jìn)行的多晶刻蝕工藝。
光刻前對(duì)多晶的表面處置只限定適用DHF，如使用BOE去除表面氧化物，有可能對(duì)多晶表面態(tài)有影響，造成外觀異常，外觀現(xiàn)象會(huì)造成光刻機(jī)無(wú)法識(shí)別。
預(yù)處理后到刻蝕前的放置時(shí)間不同有可能影響刻蝕效果，DHF前處理時(shí)間10mins只針對(duì)從預(yù)處理到刻蝕前放置時(shí)間不超于48小時(shí)，如放置時(shí)間較長(zhǎng)，預(yù)處理時(shí)間要依據(jù)實(shí)際情況而定。