近日，北方華創(chuàng)等團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一篇論文，題目為《等離子刻蝕高深寬比和圓角SiC溝槽》。論文提到，他們通過優(yōu)化等離子蝕刻配方，在8英寸SiC襯底上成功實(shí)現(xiàn)了無缺陷的超結(jié)器件高縱深比溝槽刻蝕（>5:1），以及溝槽柵SiC MOSFET器件的圓角溝槽刻蝕，這對(duì)于提高SiC溝槽功率器件的性能具有巨大的潛力。
北方華創(chuàng)的SiC溝槽刻蝕工藝主要有3個(gè)優(yōu)勢(shì)：
實(shí)現(xiàn)高縱深比SiC溝槽刻蝕，沒有表現(xiàn)出彎曲、微溝槽和“V”形輪廓等明顯異常；
SiC 溝槽尺寸與后續(xù)外延工藝非常吻合；
引入氮?dú)猓軌蛑苯訉?shí)現(xiàn)圓角SiC溝槽結(jié)構(gòu)刻蝕，無需退火。
溝槽刻蝕2大難點(diǎn)：
“V”形輪廓、微溝槽異常
眾所周知，為了進(jìn)一步提高 SiC功率器件的性能，業(yè)界正在推進(jìn)溝槽柵SiC MOSFET和超結(jié)SiC器件的開發(fā)，但是超結(jié)SiC器件通常需要具有垂直側(cè)壁的高縱深比（AR）溝槽，而溝槽SiC MOSFET必須要將溝槽拐角修圓形成“U”形。
制作高縱深比 (AR>10) 溝槽時(shí)會(huì)出現(xiàn)傾斜側(cè)壁或“V”形輪廓，這會(huì)對(duì)超結(jié)器件的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。通常，溝槽側(cè)壁角度必須超過88°，以防止載流子在不同晶格平面漂移，“V”形溝槽會(huì)阻礙SiC器件內(nèi)的載流子遷移率。
顯然，SiC刻蝕需要消除“V”形，但這又會(huì)導(dǎo)致溝槽底部變平，導(dǎo)致出現(xiàn)微溝槽異常。
雖然在蝕刻后采用退火工藝，可以有效制作具有圓角的SiC溝槽，但通過等離子蝕刻實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)仍然具有挑戰(zhàn)性，這是因?yàn)镾iC功率器件通常需要離子注入，退火會(huì)增加成本和生產(chǎn)率挑戰(zhàn)。
該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，截至目前，業(yè)界還沒有辦法僅僅通過等離子刻蝕而不采用退火，來實(shí)現(xiàn)SiC溝槽頂部圓角刻蝕。
北方華創(chuàng)：
優(yōu)化刻蝕配方，突破SiC溝槽刻蝕難題
為了解決上述難題，以進(jìn)一步提高SiC溝槽的縱深比，北方華創(chuàng)團(tuán)隊(duì)將等離子刻蝕配方進(jìn)行了優(yōu)化，主要包括：
針對(duì)超結(jié)器件調(diào)整氣體流量比；
針對(duì)柵極溝槽器件引入氮?dú)庀♂尅?/p>
整體刻蝕工藝流程如下：
對(duì)8英寸N摻雜SiC襯底（無外延層）進(jìn)行濕法清洗；
采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD) 在SiC襯底上生長(zhǎng)不同厚度的SiO2硬掩模;
將光刻膠(PR)旋涂到SiC襯底上，通過SMEE SSB500光刻獲得不同間距和寬度的矩形圖案，然后進(jìn)行PR顯影；
使用NAURA GSE C200腔室打開SiO2硬掩模，去除剩余的PR；
使用NAURA GDE C200腔室進(jìn)行SiC溝槽蝕刻。
為了優(yōu)化柵極溝槽SiC功率器件的溝槽輪廓，該團(tuán)隊(duì)主要采取2個(gè)措施：
將側(cè)壁角度調(diào)整為85°左右，以便于后續(xù)多晶硅填充時(shí)不會(huì)形成空隙，這得益于修改SiO2硬掩模的等離子蝕刻配方。
將溝槽角修圓，以減輕器件在拐角處的拱起，這是通過將N2引入到等離子蝕刻配方中，而且Cl2取代了BCl3，并從配方中完全去除SF6，以降低SiC對(duì)SiO2的選擇性。
如果沒有N2，拐角仍然很尖，因?yàn)镹2稀釋可能會(huì)影響SiC溝槽內(nèi)的氣體擴(kuò)散，導(dǎo)致角處蝕刻劑濃度降低。而且，由于NO的形成，N2的引入會(huì)降低Cl原子在SiC (0001) 面的吸附強(qiáng)度，有助于通過Cl自由基的各向同性化學(xué)蝕刻在底部形成圓角。
圓角SiC 溝槽的優(yōu)化等離子刻蝕結(jié)果
為了進(jìn)一步提高SiC超結(jié)器件的溝槽縱橫比，該團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了等離子蝕刻配方，成功將超結(jié)器件的 SiC 溝槽的縱橫比提高到 5:1 以上，更詳細(xì)的內(nèi)容可下載查看該文獻(xiàn)。
高縱深比 SiC 溝槽：(a) CD約為0.5μm。(b) CD約為 0.8 μm
（來源行家說三代半）
