本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種去除溝槽側(cè)壁沉積物的方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)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(dá)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(dá)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(gè)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(shí)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(shí)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(qiáng)的金屬蒸發(fā)沉積，同時(shí)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(shí)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(shí)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，是改善一類溝槽結(jié)構(gòu)器件工藝的良率和可靠性的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)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)壁殘留沉積物。

為此，本發(fā)明提供一種去除溝槽側(cè)壁沉積物的方法，其特征在于，包括：

S1、在形成有金屬的溝槽表面上使用方向性強(qiáng)的沉積工藝形成介質(zhì)；

S2、使用方向性弱的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；

S3、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

S4、去除溝槽頂部和底部殘留的介質(zhì)，露出溝槽頂部和底部的金屬。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，在S1中形成的金屬是使用方向性強(qiáng)的沉積工藝形成的。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述方向性強(qiáng)的沉積工藝為準(zhǔn)直濺射或蒸發(fā)。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，在S1中，使用有顯著下電極功率的PECVD和準(zhǔn)直濺射中的一個(gè)形成所述介質(zhì)。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，在S2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(gè)具體實(shí)施例中，在S3中，使用傾斜反應(yīng)離子刻蝕去除露出的金屬。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，在S4中，使用緩沖氧化物刻蝕液去除所述殘留的介質(zhì)。

在一個(gè)具體實(shí)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-e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5示出據(jù)本發(fā)明的方法步驟。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)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(hù)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(qiáng)弱。方向性弱，指的是器件幾何形狀的各個(gè)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(qiáng)，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(qiáng)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)”都是半導(dǎo)體工藝中常用的實(shí)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(qiáng)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(qiáng)的介質(zhì)沉積方法。

金屬的沉積方法也可有方向性強(qiáng)弱之分，例如蒸發(fā)即為方向性強(qiáng)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(qiáng)弱之分。在方向性弱的刻蝕過程中，器件各個(gè)表面的刻蝕速率大致相同。在方向性強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)的干法刻蝕。方向性強(qiáng)的刻蝕方法有物理性強(qiáng)(強(qiáng)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(qiáng)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5和圖4a-e具體說明。

如圖4-a所示，在溝槽表面沉積金屬。其中，附圖標(biāo)記40表示半導(dǎo)體材料，42表示所形成的金屬。所述半導(dǎo)體材料可以為SiC。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用方向性強(qiáng)的沉積工藝形成金屬，使得側(cè)壁上形成的金屬盡可能的少，以方便后期更容易去除。

方向性好的工藝，比如準(zhǔn)直濺射或蒸發(fā)。

如圖4-b所示，在形成有金屬42的溝槽表面上使用方向性強(qiáng)的沉積工藝形成介質(zhì)44，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(gè)優(yōu)選實(shí)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(gè)形成介質(zhì)44。

如圖4-c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)。

在一個(gè)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。

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(shí)，合理的控制刻蝕時(shí)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4-d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。

此時(shí)，溝槽頂部和底部的金屬由于有介質(zhì)保護(hù)，并不受影響。

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

如圖4-e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(qiáng)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(gè)優(yōu)選實(shí)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)。

總之，本方法的思路是在自對準(zhǔn)金屬沉積之后，首先利用方向性強(qiáng)的的工藝沉積一層介質(zhì)，使得溝槽頂部和底部的介質(zhì)厚度遠(yuǎn)大于側(cè)壁介質(zhì)厚度。然后利用方向性弱的刻蝕工藝，去除器件溝槽側(cè)壁表面的介質(zhì)，而在頂部上平表面和溝槽底部平面上，留下相當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)厚度。接著使用方向性弱的刻蝕方法，例如濕法刻蝕清除側(cè)壁上露出來的金屬。在溝槽頂部和底部，由于殘留介質(zhì)的保護(hù)，其下金屬得以保留。然后再用濕法或者干法刻蝕去掉殘留介質(zhì)，剩下溝槽頂部和底部的金屬與干凈的溝槽側(cè)壁。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(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)倒梯形溝槽的不足。

在上述實(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)，這里無法對所有的實(shí)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(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。