引言

我們研究了高溫退火法對4h-SiC蝕刻形狀的轉變。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).六邊形經過高溫退火后，六邊形轉化為十二邊形，十二角形轉化為十八邊形。 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歷了不同的轉變。 2).一條對應于一個{1-10x}面的邊顯示為一條直線，似乎是最可取的。與{11-2x}面對應的邊緣也出現在一個曲線特征中，這表明它是第二大首選。明顯的結構(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壁的平滑性(6)。 研究過程中發現SiC表面形狀的變化具有晶面取向各向異性。 此次，我們調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定性。

實驗方法

對4H―SiC基板(n型，8°關斷，C面)進行清洗后，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。

實驗結果討論

將圖案化成面積不同的圓形(光掩模為72角形)的試料進行干蝕刻時的蝕刻形狀的SEM觀察結果如圖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。

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觀察結果。并記載了從圓形變形為12角形后的面指數。 觀察12角形的各邊，可知與屬于{1―10x}的各面相對應的邊為直線，而與屬于{11―2x}的各面相對應的邊稍有彎曲。 這些結果可以預測，在12角形中，也有因變形而容易出現的穩定面和難以出現的面。

如果進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，明確出現屬于{11―2x}的面，可以認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}的面變得穩定，認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行了論述。

干蝕刻當蝕刻面積較小時，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角形根據形成方向有無變形，屬于{1―10x}的面比屬于{11―2x}的面形成穩定。 這樣，在使用4H―SiC基板制作器件時，由于退火后穩定出現的晶面會因蝕刻的形狀、方向而發生變化，因此需要考慮變形的設計。 例如，在4H-SiC的C面基板上形成溝槽MOSFET時，如果在溝槽側壁上以(1―100)和(―1100)面出現的方向進行蝕刻，退火后也能形成穩定的側壁面，但如果方向相差90°，側壁面就會彎曲，推測難以形成直線。 另外，作為周邊耐壓結構，即使在通過蝕刻形成臺面時，也需要考慮角部的形狀。

審核編輯：湯梓紅