簡介

碳化矽（SiC）是目前廣泛使用的 用於功率元件應用的半導體材料。SiO2 遮罩通常用於 SiC 的蝕刻深度可達幾微米的結構。選擇性SiO2 遮罩通常成為限制因素更深的SiC蝕刻。

根據文獻，SiC 和 SiO2 層之間的有效蝕刻選擇性大多保持在 5:1 以下。因此，通常會引入 Ni 等硬金屬遮罩用於更深的 SiC 蝕刻。這些材料本質上提供更高的蝕刻選擇性（> 20：1），但有一個主要缺點，即其蝕刻副產物在氟等離子體中不揮發。遮罩在 SiC 表面及其側壁上的重新沉積可能會導致不必要的微掩蔽。

使用 SiO2 遮罩的 SiC 等離子蝕刻製程不會遇到此問題。因此，當進行 10 μm 至 20 μm 深 SiC 蝕刻時，對 SiO2 遮罩的更高蝕刻選擇性 (>5:1) 可能具有很高的意義，同時保持合理的SiO2遮罩厚度。

本應用說明介紹了一種使用 ICP-RIE 製程成功進行 4H-SiC 溝槽蝕刻的方法，該製程具有較高的蝕刻速率和對 SiO2 光罩的選擇性增強。

圖 1：使用 SiO2 硬遮罩蝕刻 SiC 溝槽的 SEM 影像。

SENTECH SI 500 ICP-RIE蝕刻設備

SENTECH SI 500 ICP-RIE 蝕刻機配備專有的平面三螺旋天線 (PTSA 200)，一種獨特的電感耦合等離子體 (ICP) 源，可實現低損傷蝕刻。由於高效的 PTSA 200 源耦合，可以實現低損傷處理驅動功率進入等離子體，提供穩定的在低工作壓強和低ICP功率下形成等離子體，離子能量分佈窄，離子能量非常低。

此外，SI 500 還提供出色的動態溫度控制。它能夠針對多種晶圓尺寸進行自適應基板處理，並使用 SENTECH 雷射干涉儀 (SLI 670) 實現完全軟體整合的端點控制。

碳化矽溝槽蝕刻

使用以下方法蝕刻 1 μm 寬的 4H-SiC 溝槽SENTECH SI 500 ICP-RIE 蝕刻工具中的 SiO2 薄膜厚度約為 1 μm。將 SiC 樣品放置在 4 英吋 Si 晶片上。

樣品的溫度控制是透過載體晶片的直接氦背面冷卻來實現的。利用氟等離子體化學方法打開 SiC 結構。

使用掃描電子顯微鏡來表徵蝕刻的 SiC 溝槽輪廓及其對氧化矽遮罩的蝕刻選擇性。

圖2：SENTECH SI 500 ICP-RIE蝕刻系統

結果

使用 SI 500 在 ICP-RIE 模式下成功開啟了 SiC 溝槽，SiC 蝕刻速率為 1.8 μm/min，SiO2 蝕刻速率約為 120 nm/min，相當於晶圓片上的 SiC：SiO2 選擇性約為 15:1，必要時可以蝕刻更深的 SiC 溝槽。

結構化 SiC 溝槽的輪廓是垂直的。 SiC 表面保持光滑，微溝槽效應已最小化至約 2%。

摘要

增強的 SiC 蝕刻選擇性，以 SiO2 遮罩使用配備專有 PTSA 200 ICP 等離子源的 SENTECH SI 500 蝕刻工具，可在保持垂直側壁輪廓的同時實現高蝕刻速率。

如需進一步了解，請參閱原廠提供的英文文件。