一种碳化硅超结结构光刻标记对准的方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种碳化硅超结结构光刻标记对准的方法。


背景技术：

2.碳化硅器件是以碳化硅为材料的半导体器件，其由于碳化硅具有宽的禁带宽度、高击穿电场、高热传导率和高电子饱和速率的物理性能，使其有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等优点，可降低下游产品能耗，因此在新能源汽车、轨道交通、光伏储能以及智能电网等领域有着较为广泛的应用。
3.在碳化硅器件中，超结结构器件就因其导通电阻小、导通速度快和开关损耗低等优点而引起了业界的广泛关注，其是硅基功率器件发展过程中提出的一项解决比通态电阻与反向耐压关系的方案，通过对外延层刻蚀并再生长后，制备出的p型区与n型区间隔的结构，使得器件在反向工作时，电场在漂移区中均匀分布，这样就使得固定的耐压下，外延层所需厚度降低一倍；利用电荷平衡原理，可以突破半导体材料的理论极限，实现更大功率密度，在功率器件领域具有重要意义。
4.超结结构器件是功率器件未来发展的必然趋势，但是由于碳化硅本身的物理化学性质，传统硅基器件的高温推结工艺不适用于碳化硅，碳化硅超结结构可以通过深槽刻蚀和二次外延来实现，但是在器件制备过程中，在二次外延后如何实现光刻标记对准，进行下一步工艺，成为难题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出一种碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其方法简单，易于加工，可实现光刻标记的精确对准。
6.实现本发明目的所采用的技术方案是：
7.一种碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，具体包括以下步骤：
8.步骤s1，制备光刻版，在光刻版上形成第一标记图形和器件标记图形；
9.步骤s2，利用光刻版在碳化硅半导体表面进行刻蚀，形成分别与第一标记图形和器件标记图形对应的第一标记孔和器件沟槽；
10.步骤s3，使用回填材料对步骤s2中的碳化硅半导体进行外延回填，实现将器件沟槽填平，且第一标记孔内部空心；
11.步骤s4，将步骤s3的外延薄膜进行化学机械抛光磨平，露出第一标记孔；
12.步骤s5，在碳化硅半导体上器件沟槽位置形成完整的超结碳化硅mosfet器件。
13.进一步地，在步骤s1中，还在光刻版上形成第二标记图形；
14.在步骤s2中，还利用光刻版在碳化硅半导体表面形成与第二标记图形对应的第二标记孔；
15.在步骤s3中，回填材料对步骤s2中的碳化硅半导体进行外延回填时，还将第二标
记孔填平；
16.在步骤s4在露出第一标记孔后，还包括如下步骤：在露出第一标记孔的外延薄膜上再次刻蚀露出第二标记孔。
17.进一步地，第一标记图形为与“可实现背面对准的光刻设备”相匹配的图形；第二标记图形和器件标记图形为与“步进式光刻机”相匹配的图形。
18.进一步地，“可实现背面对准的光刻设备”为接触式光刻机。
19.进一步地，第一标记图形线宽小于第二标记图形和器件标记图形线宽。
20.进一步地，第一标记图形的线宽为0.01μm～10μm；第二标记图形和器件标记图形的线宽为0.01μm～100μm。
21.进一步地，第一标记孔、第二标记孔和器件沟槽的深度均为1～100μm。
22.本发明的有益效果在于：
23.本发明通过在光刻版上形成第一标记孔和第二标记孔，其中第一标记孔的线宽为接触式光刻机标记线宽，使得在回填时第一标记孔起到标记作用，便于对第二标记孔和器件沟槽进行定位；在此基础上，对第二标记孔进行刻蚀，进一步实现对器件沟槽进行定位。采用本发明的方法可实现光刻标记的精确对准，实用性强。此外，本发明的方法简单，易于实现，可实现大规模生产。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明步骤的一种整体工艺流程图。
26.图2是本发明实施例中步骤s2完成后的一种结构示意图。
27.图3是本发明实施例中步骤s3完成后的一种结构示意图。
28.图4是本发明实施例中步骤s4处理过程中的一种结构示意图。
29.图5是本发明实施例中步骤s4完成后的一种结构示意图。
30.图6是本发明实施例中步骤s5完成后的一种结构示意图。
31.图7是本发明实施例中步骤s5完成后的另一种结构示意图。
32.图中：1.碳化硅半导体；2.第一标记孔；3.第二标记孔；4.器件沟槽；5.回填材料；6.超结碳化硅mosfet器件；7.光刻胶；
33.101.衬底；102.缓冲层；103.外延薄膜。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.如图1至图7所示，一种碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，具体包括以下步骤：
36.步骤s1，制备光刻版，在光刻版上形成第一标记图形、第二标记图形和器件标记图形。
37.在本发明中，如果是对二极管结构进行光刻标记则光刻版上可以只有第一标记图形，其他mosfet器件可加上第二标记图形便于精准定位。
38.在光刻版上制备第一标记图形、第二标记图形和器件标记图形便于在碳化硅半导体1上进行图形化处理。本发明中的碳化硅半导体1为现有技术中常见用于制备功率器件的碳化硅半导体1薄膜，具体地，碳化硅半导体1薄膜自下而上依次包括衬底101、缓冲层102和外延薄膜103，碳化硅半导体1薄膜的材料为4h-sic或6h-sic或3c-sic，薄膜厚度整体为1μm～800μm，其中衬底101厚度为0.1μm～500μm，缓冲层102厚度为0.1μm～100μm，外延薄膜103包含的层数为1～1000，碳化硅半导体1的掺杂类型具体根据实际需要进行选择，且掺杂类型主要用两种，即n型和p型，若掺杂类型为n型，则掺杂杂质为氮(n)或者磷(p)；若掺杂类型为(p)型，则掺杂杂质为铝(al)或者硼(b)；n型掺杂p型掺杂的掺杂浓度均为1
×
10
14
cm-3
～5
×
10
21
cm-3
。
39.本发明中第一标记图形、第二标记图形和器件标记图形的数量和具体布局需要根据实际情况进行设计，比如成阵列分布等，本发明的附图仅仅表示其中一个局部示意图。
40.步骤s2，利用光刻版在碳化硅半导体1表面进行刻蚀，形成分别与第一标记图形、第二标记图形和器件标记图形对应的第一标记孔2、第二标记孔3和器件沟槽4，具体如图2所示。利用光刻版在碳化硅半导体1表面进行刻蚀的步骤为现有技术中常见的方式，即涂胶
→
曝光(使用光刻版进行掩膜)
→
显影
→
刻蚀。
41.步骤s3，使用回填材料5对步骤s2中的碳化硅半导体1进行外延回填，实现将第二标记孔3和器件沟槽4填平，且第一标记孔2内部空心，具体如图3所示。
42.本发明第一标记图形为与“可实现背面对准的光刻设备”相匹配的图形；第二标记图形和器件标记图形为与“步进式光刻机”相匹配的图形。其中，“可实现背面对准的光刻设备”为接触式光刻机。本发明第一标记图形线宽小于第二标记图形和器件标记图形线宽，具体地，第一标记图形的线宽为0.01μm～10μm；第二标记图形和器件标记图形的线宽为0.01μm～100μm。优选地，本发明中第一标记图形的线宽为1μm；第二标记图形和器件标记图形的线宽为4μm。
43.本发明中，第一标记孔2、第二标记孔3和器件沟槽4的深度均为1～100μm。
44.本步骤中的外延回填使用的回填材料5为碳化硅，由于接触式光刻机标记的线宽远小于步进式光刻机标记的线宽，所以第一标记图形对应的第一标记孔2线宽也远小于第二标记图形对应的第二标记孔3线宽，以及器件标记图形对应的器件沟槽4线宽。在此基础上，通过调整外延回填的生长速率，外延回填后可实现如下效果：第一标记孔2为空心结构，且第一标记孔2上部有回填材料5进行封口；第二标记孔3和器件沟槽4内部被填平；碳化硅半导体1除了第一标记孔2、第二标记孔3和器件沟槽4之外的区域表面覆盖回填材料5。
45.步骤s4，将步骤s3的外延薄膜103进行化学机械抛光磨平，露出第一标记孔2，具体如图4所示。由于步骤s3形成的结构中第一标记孔2为空心结构，且第一标记孔2上部有回填材料5进行封口，采用化学机械抛光磨平方法进行磨平后，第二标记孔3和器件沟槽4与原始的碳化硅外延薄膜103融为一体，并不能够进行区分，此时由于第一标记孔2为空心结构，其可起到标记定位作用，光刻版可以与第一标记孔2对准，实现后续定位。
46.在本发明中，露出第一标记孔2后，在露出第一标记孔2的外延薄膜103上再次刻蚀露出第二标记孔3，具体如图5所示。
47.采用本发明中步骤s1的光刻版对准对应的第一标记孔2，由于第一标记孔2与第二标记孔3相对位置是不变的，此时，可对第二标记孔3进行刻蚀，露出第二标记孔3。第二标记孔3可与第一标记孔2配合，共同起到标记定位作用，光刻版可以与第一标记孔2和第二标记孔3对准，实现器件沟槽4的精准定位。在本步骤中，使用光刻胶7进行涂胶显影等步骤后刻蚀，然后去除多余的光刻胶7。
48.步骤s5，在碳化硅半导体1上器件沟槽4位置形成完整的超结碳化硅mosfet器件6。
49.超结碳化硅mosfet器件6具体形成何种器件可根据实际需要进行选择，可以为现有的器件，比如公开号为cn115732561a的专利中公开的碳化硅超级结mosfet器件，又比如公开号为cn104810397a的专利中公开的超级结碳化硅mosfet器件。超结碳化硅mosfet器件6的位置可根据实际情况进行设计，在本发明的一个实施例中超结碳化硅mosfet器件6的栅极位于两个第二标记孔3之间，具体如图6所示；在本发明的另一个实施例中，超结碳化硅mosfet器件6的栅极位于任意一个第二标记孔3上方，具体如图7所示。
50.本发明通过在光刻版上形成第一标记孔2和第二标记孔3，其中第一标记孔2的线宽为接触式光刻机标记线宽，使得在回填时第一标记孔2起到标记作用，便于对第二标记孔3和器件沟槽4进行定位；在此基础上，对第二标记孔3进行刻蚀，进一步实现对器件沟槽4进行定位。采用本发明的方法可实现光刻标记的精确对准，实用性强。此外，本发明的方法简单，易于实现，可实现大规模生产。
51.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方法而已，并不用于限制本发明，凡是在本发明的主旨之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤s1，制备光刻版，在光刻版上形成第一标记图形和器件标记图形；步骤s2，利用光刻版在碳化硅半导体(1)表面进行刻蚀，形成分别与第一标记图形和器件标记图形对应的第一标记孔(2)和器件沟槽(4)；步骤s3，使用回填材料(5)对步骤s2中的碳化硅半导体(1)进行外延回填，实现将器件沟槽(4)填平，且第一标记孔(2)内部空心；步骤s4，将步骤s3的外延薄膜(103)进行化学机械抛光磨平，露出第一标记孔(2)；步骤s5，在碳化硅半导体(1)上器件沟槽(4)位置形成完整的超结碳化硅mosfet器件(6)。2.根据权利要求1所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，在步骤s1中，还在光刻版上形成第二标记图形；在步骤s2中，还利用光刻版在碳化硅半导体(1)表面形成与第二标记图形对应的第二标记孔(3)；在步骤s3中，回填材料(5)对步骤s2中的碳化硅半导体(1)进行外延回填时，还将第二标记孔(3)填平；在步骤s4在露出第一标记孔(2)后，还包括如下步骤：在露出第一标记孔(2)的外延薄膜(103)上再次刻蚀露出第二标记孔(3)。3.根据权利要求2所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，第一标记图形为与“可实现背面对准的光刻设备”相匹配的图形；第二标记图形和器件标记图形为与“步进式光刻机”相匹配的图形。4.根据权利要求3所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，“可实现背面对准的光刻设备”为接触式光刻机。5.根据权利要求2、3或4所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，第一标记图形线宽小于第二标记图形和器件标记图形线宽。6.根据权利要求2、3或4所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，第一标记图形的线宽为0.01μm～10μm；第二标记图形和器件标记图形的线宽为0.01μm～100μm。7.根据权利要求5所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，第一标记图形的线宽为0.01μm～10μm；第二标记图形和器件标记图形的线宽为0.01μm～100μm。8.根据权利要求2、3、4或7所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，第一标记孔(2)、第二标记孔(3)和器件沟槽(4)的深度均为1～100μm。9.根据权利要求5所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，第一标记孔(2)、第二标记孔(3)和器件沟槽(4)的深度均为1～100μm。10.根据权利要求6所述的碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其特征在于，第一标记孔(2)、第二标记孔(3)和器件沟槽(4)的深度均为1～100μm。

技术总结
本发明属于半导体技术领域，公开了一种碳化硅超结结构光刻标记对准的方法，其具体包括以下步骤：步骤S1，制备光刻版，在光刻版上形成第一标记图形和器件标记图形；步骤S2，在碳化硅半导体表面形成第一标记孔和器件沟槽；步骤S3，对碳化硅半导体进行外延回填，将器件沟槽填平，且第一标记孔内部空心；步骤S4，外延薄膜进行化学机械抛光磨平，露出第一标记孔；步骤S5，在碳化硅半导体上器件沟槽位置形成完整的超结碳化硅MOSFET器件。本发明的方法简单，易于加工，可实现光刻标记的精确对准。可实现光刻标记的精确对准。可实现光刻标记的精确对准。


技术研发人员：郑柳 何志
受保护的技术使用者：重庆伟特森电子科技有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/25