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引言
我們研究了高溫退火法對4h-SiC蝕刻形狀的轉(zhuǎn)變。雖然蝕刻掩模是圓形的，但蝕刻的形狀是六邊形、十二邊形或十八邊形，這取決于蝕刻面積的大小(圖。 1).六邊形經(jīng)過高溫退火后，六邊形轉(zhuǎn)化為十二邊形，十二角形轉(zhuǎn)化為十八邊形。 1).不同邊緣方向的六邊形和十邊形的十二邊形在退火過程中經(jīng)歷了不同的轉(zhuǎn)變。 2).一條對應(yīng)于一個{1-10x}面的邊顯示為一條直線，似乎是最可取的。與{11-2x}面對應(yīng)的邊緣也出現(xiàn)在一個曲線特征中，這表明它是第二大首選。明顯的結(jié)構(gòu)（密集），但在11-2倍的表面上微弱（微弱）。 3).因此，在考慮退火變換的情況下，需要在實際器件中設(shè)計形狀及其方向。
我們報告了在SiC溝槽型MOSFET的制作中，通過SiH4/Ar和H2氣氛中的2階段高溫退火，可以改善溝槽形狀控制和蝕刻側(cè)壁的平滑性（6）。 研究過程中發(fā)現(xiàn)SiC表面形狀的變化具有晶面取向各向異性。 此次，我們調(diào)查了高溫退火引起的變形因蝕刻面積和形狀的不同而不同，以及退火形成的晶面方位的穩(wěn)定性。
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實驗方法
對4H―SiC基板（n型，8°關(guān)斷，C面）進(jìn)行清洗后，使用等離子CVD裝置成膜了厚度為2.5μm的SiO2膜。 使用一般的照相工藝，在直徑不同的圓形、6角形、12角形上對光刻膠進(jìn)行了圖案化。 然后用抗蝕劑作為掩模，用干法蝕刻法蝕刻SiO2圖案化了。 干蝕刻是用CHF3/Ar氣體在3Pa的壓力下使用RIE裝置進(jìn)行的。 剝離光刻膠后，以SiO2圖案為掩模，使用ICP蝕刻裝置對SiC進(jìn)行干法蝕刻。 蝕刻條件為ICP功率450W，偏壓8W，用SF6/O2/Ar氣體在2Pa的壓力下進(jìn)行。 蝕刻深度約為4μm。 剝離氫氟酸殘留的SiO2膜后，在80Torr的壓力下，在添加SiH4―0.09%的Ar氣氛中，在1700℃下進(jìn)行10分鐘至120分鐘的退火。 利用掃描電子顯微鏡(SEM)評價了蝕刻后和退火后的形狀。
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實驗結(jié)果討論
將圖案化成面積不同的圓形（光掩模為72角形）的試料進(jìn)行干蝕刻時的蝕刻形狀的SEM觀察結(jié)果如圖1所示。 圓的直徑約為1.7μm時，蝕刻形狀為具有與{1―10x}面對應(yīng)邊的6角形（Hexagon）。 直徑約為5.6μm時為12角形（Dodecagon），直徑約為12.5μm時為18角形（Octadecagon）。 隨著蝕刻面積的增加，被蝕刻成更多的多角形，根據(jù)蝕刻面積的不同，形狀也不同。 需要考慮的是，即使是相同的圖案形狀，干蝕刻形狀也會因面積而異。
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圖1
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圖2
圖2顯示的是蝕刻成直徑約4μm的圓形的試料蝕刻后的形狀，以及在添加SiH4―0.09%的Ar氣氛中，在80Torr、1700℃下退火10分鐘和60分鐘后的SEM觀察結(jié)果。 在沒有退火（as―etching）的狀態(tài)下，形狀接近于6角形，但如果進(jìn)行退火10分鐘以上，就會變形為12角形。
圖3顯示的是以約8μm的尺寸蝕刻成6角形的試料在蝕刻后的形狀和SiH4/Ar氣氛中在80Torr下在1700℃下退火120分鐘后的SEM觀察結(jié)果。 圖3(a)是具有與{1―10x}面對應(yīng)的邊的六角形蝕刻后的SEM照片，(b)是將(a)的六角形旋轉(zhuǎn)30度后具有與{11―2x}面對應(yīng)的邊的六角形蝕刻后的照片，(c)是(a)退火后的照片，(d)是(b)退火后的照片。 當(dāng)蝕刻成具有與{1―10x}面相對應(yīng)的邊的6角形時，退火后角也會變圓，但30度旋轉(zhuǎn)蝕刻成具有與{11-2x}面對應(yīng)邊的6角形時，退火后變形為12角形。 12角形不是正12角形，與{1―10x}面對應(yīng)的邊是直線，與此相對，與{11―2x}面對應(yīng)的邊是彎曲的。 圖4顯示的是以約8μm的尺寸蝕刻成12角形的試料在蝕刻后的形狀和SiH4/Ar氣氛中在80Torr下在1700℃下退火120分鐘后的SEM觀察結(jié)果。 圖4(a)是具有與{1―10x}面及{11―2x}面相對應(yīng)的邊的12角形蝕刻后的SEM照片，(b)是將(a)的12角形旋轉(zhuǎn)15度，頂點(diǎn)存在于<1―100>及<11―20>方向的12角形蝕刻后的照片，(c)是(a)退火后的照片，(d)是(b)退火后的照片。 將其蝕刻成具有對應(yīng)于{1-10x}面和{11-2x}面的邊的十二邊形。
實驗中，將蝕刻成約9μm大小的圓形的試料在SiH4/Ar氣氛中，在80Torr下，在1700℃下退火120分鐘后的SEM觀察結(jié)果。并記載了從圓形變形為12角形后的面指數(shù)。 觀察12角形的各邊，可知與屬于{1―10x}的各面相對應(yīng)的邊為直線，而與屬于{11―2x}的各面相對應(yīng)的邊稍有彎曲。 這些結(jié)果可以預(yù)測，在12角形中，也有因變形而容易出現(xiàn)的穩(wěn)定面和難以出現(xiàn)的面。
如果進(jìn)行非常長時間的退火，估計最終會變成6角形。 通過退火變形為12角形時，明確出現(xiàn)屬于{11―2x}的面，可以認(rèn)為是由于表面張力的周長最小化的力起作用，在變形過程中這些面在表面能上穩(wěn)定。 在Si中，也有在H2退火的變形過程中觀察到小面的報道，在SiC中，在12角形中，屬于{1―10x}的面變得穩(wěn)定，認(rèn)為可以觀測到小面在本論文中，對4H―SiC上形成的干蝕刻形狀的高溫退火引起的變形進(jìn)行了論述。
干蝕刻當(dāng)蝕刻面積較小時，蝕刻形狀為6角形。 通過面積的增加和之后的退火，變形為12角形和18角形的多邊形。 6角形和12角形根據(jù)形成方向有無變形，屬于{1―10x}的面比屬于{11―2x}的面形成穩(wěn)定。 這樣，在使用4H―SiC基板制作器件時，由于退火后穩(wěn)定出現(xiàn)的晶面會因蝕刻的形狀、方向而發(fā)生變化，因此需要考慮變形的設(shè)計。 例如，在4H-SiC的C面基板上形成溝槽MOSFET時，如果在溝槽側(cè)壁上以（1―100）和（―1100）面出現(xiàn)的方向進(jìn)行蝕刻，退火后也能形成穩(wěn)定的側(cè)壁面，但如果方向相差90°，側(cè)壁面就會彎曲，推測難以形成直線。 另外，作為周邊耐壓結(jié)構(gòu)，即使在通過蝕刻形成臺面時，也需要考慮角部的形狀。