1.本发明属于半导体制造领域，沟槽涉及一种沟槽型器件中碳膜的型器制备方法。
背景技术：
2.沟槽型器件，碳膜通常是备方指具有沟槽结构的半导体器件，例如，法流碳化硅(sic)器件。沟槽以碳化硅器件为例，型器在碳化硅器件的碳膜制造工艺流程中，常通过使用局部掺杂的备方方法来制备场效应晶体管的漏极和源极，以及肖特基二极管的法流场线环。局部掺杂主要是沟槽通过离子注入和扩散来实现；但由于sic本身的特性导致杂质原子在其晶格中的扩散系数很小，因此，型器在si半导体材料中广泛使用的碳膜热扩散方法已不能够被用来实现向sic中掺杂其它杂原子。目前，备方常采用离子注入结合高温退火的法流方法来实现sic半导体材料的掺杂，另一方面，由于在sic晶体中注入离子后，会产生原子位移等晶格缺陷，因此，在离子注入后需采用高温退火将杂质原子从间隙位置迁移到晶格位置，使其电激活。然而，sic晶圆在较高的退火温度下其表面会发生挥发再沉积现象，导致高温激活退火后的晶面表面出现台阶状簇、表面粗糙化的现象，从而严重影响碳化硅器件的性能。针对上述缺陷，常在sic晶圆表面涂敷一层碳膜，以抑制其表面硅原子在离子注入后的高温激活退火工艺中出现挥发再沉积并导致表面粗糙化的现象。
3.目前，常采用物理气相沉积或光刻胶碳化的方法在晶圆(如sic晶圆)表面沉积碳膜，尽管这些方法所涂敷的碳膜具有较高的致密性，但在晶圆的沟槽侧壁及底部难以覆盖碳膜，导致台阶覆盖率较低，如传统物理气相沉积法制备的碳膜的台阶覆盖率为30％，特别是对于具有高深宽比沟槽结构的晶圆而言，沟槽侧壁和底部的碳膜覆盖率更低，即台阶覆盖率更低，结果是：在离子注入后的高温激活退火工艺中，沟槽侧壁和底部易出现表面粗糙化的现象，进而难以获得具有优异性能的碳化硅器件。因此，急需开发一种具有高台阶覆盖率的碳膜的制备方法，这对于降低半导体晶圆表面的粗糙度，并提升沟槽型器件的性能具有重要意义。
技术实现要素：
4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种厚度可调且精度高、台阶覆盖率高、保形性高的沟槽型器件中碳膜的制备方法。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种沟槽型器件中碳膜的制备方法，包括以下步骤：
7.s1、采用分子沉积的方法在沟槽型器件的晶圆表面沉积有机聚合物薄膜；
8.s2、对表面沉积有机聚合物薄膜的晶圆进行退火处理，完成对碳膜的制备。
9.上述的制备方法，进一步改进的，步骤s1中，所述有机聚合物薄膜采用以下任意一种方式进行沉积；
10.方式一，包括以下步骤：
11.s1-1、将沟槽型器件的晶圆置于反应腔室中，对反应腔室进行冲洗；
12.s1-2、预处理完成后，抽真空，通入反应气体a，使反应气体a吸附在晶圆表面；
13.s1-3、抽真空，向反应腔室中通入反应气体b，与晶圆表面的反应气体a发生反应，在晶圆表面形成有机聚合物；
14.s1-4、重复s1-2和s1-3中的操作，直至在晶圆表面形成所需厚度的有机聚合物薄膜。
15.方式二，包括以下步骤：
16.(1)将沟槽型器件的晶圆置于反应腔室中，对反应腔室进行冲洗；
17.(2)预处理完成后，抽真空，通入反应气体b，使反应气体b吸附在晶圆表面；
18.(3)抽真空，向反应腔室中通入反应气体a，与晶圆表面的反应气体b发生反应，在晶圆表面形成有机聚合物；
19.(4)重复(2)和(3)中的操作，直至在晶圆表面形成所需厚度的有机聚合物薄膜。
20.上述的制备方法，进一步改进的，所述反应气体a是通过载气将所述反应气体a对应的前驱体a带入到反应腔室中；所述反应气体b是通过载气将所述反应气体b对应的前驱体b带入到反应腔室中；所述载气为氮气、氩气中的至少一种。
21.上述的制备方法，进一步改进的，所述前驱体a具有相同双官能团；所述前驱体b具有相同双官能团。
22.上述的制备方法，进一步改进的，所述前驱体a为二酰氯、双醛、二异氰酸酯、二异硫氰酸酯中的至少一种前驱体；所述前驱体b为二胺类前驱体和/或二醇类前驱体；所述二胺类前驱体为乙二胺；所述二醇类前驱体为乙二醇。
23.上述的制备方法，进一步改进的，所述冲洗为对反应腔室进行抽真空和通入惰性气体的处理；所述冲洗的重复次数为3次～5次；所述惰性气体为氮气、氩气中的至少一种。
24.上述的制备方法，进一步改进的，所述抽真空为将反应腔室的真空度控制在0.5
×
10-5
pa～1
×
10-5
pa。
25.上述的制备方法，进一步改进的，所述有机聚合物薄膜的沉积过程中控制晶圆的温度在150℃～250℃之间。
26.上述的制备方法，进一步改进的，所述晶圆为完成离子注入的晶圆；所述晶圆为碳化硅晶圆；所述晶圆表面具有沟槽结构；所述沟槽结构的深宽比大于8∶1。
27.上述的制备方法，进一步改进的，所述退火处理在惰性气氛下进行；所述惰性气氛为氮气气氛、氩气气氛或氮气和氩气的混合气氛。
28.上述的制备方法，进一步改进的，所述退火处理在温度为600℃～900℃下进行；所述退火处理的时间为5min～10min。
29.上述的制备方法，进一步改进的，所述碳膜的厚度为1nm～1000nm。
30.与现有技术相比，本发明的优点在于：
31.针对传统物理气相沉积或光刻胶碳化的方法难以在晶圆沟槽结构的侧壁及底部覆盖碳膜以及由此导致的台阶覆盖率低、保形性低等缺陷，本发明创造性的提出了一种沟槽型器件中碳膜的制备方法，采用分子沉积结合退火处理工艺制备高台阶覆盖率的碳膜，具体为：采用分子沉积的方法沉积有机聚合物薄膜的过程中，先是利用其中一种反应气体相应的化学键与晶圆表面基团发生反应，使该反应气体均匀吸附在晶圆表面，进而以该反应气体作为新的反应位点，与后加入的另一种反应气体发生反应形成有机聚合物并沉积在
晶圆表面，不断重复上述过程，即可在晶圆表面沉积一层厚度均匀且可控的有机聚合物薄膜，在此基础上，通过退火处理，即可将沉积在晶圆表面的有机聚合物炭化，形成厚度可调且精度高、台阶覆盖率高、保形性高的碳膜。本发明制备方法，不仅能够制备高台阶覆盖率的碳膜，特别是能够在具有高深宽比沟槽结构的晶圆表面制备高台阶覆盖率的碳膜，而且能够降低晶圆的表面粗糙度，有利于提高沟槽型器件的性能，同时还具有工艺简单、操作方便、制备成本低廉等优点，适合于大规模制备，便于工业化应用。
附图说明
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。
33.图1为本发明实施例中沟槽型器件中碳膜的制备工艺流程图。
34.图2为本发明实施例中具有高深宽比沟槽结构的碳化硅晶圆表面的碳膜形成示意图。
35.图例说明：
36.21、碳化硅衬底；22、外延生长层；23、离子注入层；24、有机聚合物薄膜；25、碳膜；t1、t2、t3分别代表沟槽顶部、底部、侧壁的厚度。
具体实施方式
37.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
38.以下实施例中，若无特别说明，所采用的原料和仪器均为市售，所采用工艺为常规工艺，所采用设备为常规设备。
39.实施例
40.针对传统物理气相沉积或光刻胶碳化的方法难以在晶圆沟槽结构的侧壁及底部覆盖碳膜以及由此导致的台阶覆盖率低、保形性低等缺陷，本实施例中提供了一种沟槽型器件中碳膜的制备方法，具体是在完成离子注入后的晶圆表面制备碳膜，如图1所示，包括以下步骤：
41.s1、采用分子沉积的方法在完成离子注入后沟槽型器件的晶圆表面沉积有机聚合物薄膜，具体为：
42.s1-1、将完成离子注入后沟槽型器件的晶圆置于分子层沉积设备的反应腔室中的陶瓷基座上，采用抽真空和通入惰性气体的方式对反应腔室进行冲洗，重复进行抽真空和通入惰性气体的处理，直至将反应腔室中的杂质气体去除干净。该分子层沉积设备的陶瓷基座具有自加热功能，且加热温度可达到1000℃以上，具体的，在有机聚合物薄膜的沉积过程中，通过陶瓷基座的加热功能控制晶圆的温度在150℃～250℃之间。
43.s1-2、预处理完成后，对反应腔室进行抽真空，直至反应腔室的真空度在0.5
×
10-5
pa～1
×
10-5
pa之间，通入反应气体a，待反应腔室的真空度达到1000pa后，停止输入反应气体a并静置2min以上，利用反应气体a对应的化学键与晶圆表面基团发生反应，使反应气体a充分均匀的吸附在晶圆表面，在晶圆表面形成一层反应气体a层。该步骤中，反应气体a是在载气的作用下将反应气体a对应的前驱体a通入到反应腔室中，所采用的载气可以是氮气、
氩气中的至少一种，但不仅限于此，任何可以将反应气体a对应的前驱体a带入到反应腔室中的惰性气体均可用于本发明。与此同时，该步骤中，前驱体a具有相同双官能团，它们可以是二酰氯、双醛、二异氰酸酯、二异硫氰酸酯中的至少一种前驱体，但不仅限于此，任何具有相同双官能团的前驱体均可用于本发明。
44.s1-3、对反应腔室进行抽真空，直至反应腔室的真空度在0.5
×
10-5
pa～1
×
10-5
pa之间，向反应腔室中通入反应气体b，待反应腔室的真空度达到1000pa后，停止输入反应气体b并静置2min以上，使反应气体b与吸附在晶圆表面的反应气体a发生反应形成有机聚合物，该有机聚合物沉积在晶圆表面，可作为新的反应位点。该步骤中，反应气体b是在载气的作用下将反应气体b对应的前驱体b通入到反应腔室中，所采用的载气可以是氮气、氩气中的至少一种，但不仅限于此，任何可以将反应气体b对应的前驱体b带入到反应腔室中的惰性气体均可用于本发明。与此同时，该步骤中，前驱体b具有相同双官能团，它们可以是二胺类前驱体和/或二醇类前驱体，但不仅限于此，任何具有相同双官能团的前驱体均可用于本发明。
45.s1-4、重复s1-2和s1-3中的操作，即重复抽真空-通入反应气体a/b的操作，通过控制反应气体a和反应气体b的通入次数来精准调控其膜厚，直至在晶圆表面形成所需厚度的有机聚合物薄膜。
46.作为另一个实施例，还可以采用以下方法沉积有机聚合物薄膜，具体为：
47.(1)将完成离子注入后沟槽型器件的晶圆置于分子层沉积设备的反应腔室中的陶瓷基座上，采用抽真空和通入惰性气体的方式对反应腔室进行冲洗，重复进行抽真空和通入惰性气体的处理，直至将反应腔室中的杂质气体去除干净。该分子层沉积设备的陶瓷基座具有自加热功能，且加热温度可达到1000℃以上，具体的，在有机聚合物薄膜的沉积过程中，通过陶瓷基座的加热功能控制晶圆的温度在150℃～250℃之间。
48.(2)预处理完成后，对反应腔室进行抽真空，直至反应腔室的真空度在0.5
×
10-5
pa～1
×
10-5
pa之间，通入反应气体b，待反应腔室的真空度达到1000pa后，停止输入反应气体b并静置2min以上，利用反应气体b对应的化学键与晶圆表面基团发生反应，使反应气体b充分均匀的吸附在晶圆表面，在晶圆表面形成一层反应气体b层。该步骤中，反应气体b是在载气的作用下将反应气体b对应的前驱体b通入到反应腔室中，所采用的载气可以是氮气、氩气中的至少一种，但不仅限于此，任何可以将反应气体b对应的前驱体b带入到反应腔室中的惰性气体均可用于本发明。与此同时，该步骤中，前驱体b具有相同双官能团，它们可以是二胺类前驱体和/或二醇类前驱体，但不仅限于此，任何具有相同双官能团的前驱体均可用于本发明。
49.(3)对反应腔室进行抽真空，直至反应腔室的真空度在0.5
×
10-5
pa～1
×
10-5
pa之间，向反应腔室中通入反应气体a，待反应腔室的真空度达到1000pa后，停止输入反应气体a并静置2min以上，使反应气体a与吸附在晶圆表面的反应气体b发生反应形成有机聚合物，该有机聚合物沉积在晶圆表面，可作为新的反应位点。该步骤中，反应气体a是在载气的作用下将反应气体a对应的前驱体a通入到反应腔室中，所采用的载气可以是氮气、氩气中的至少一种，但不仅限于此，任何可以将反应气体a对应的前驱体a带入到反应腔室中的惰性气体均可用于本发明。与此同时，该步骤中，前驱体a具有相同双官能团，它们可以是二酰氯、双醛、二异氰酸酯、二异硫氰酸酯中的至少一种前驱体，但不仅限于此，任何具有相同双
官能团的前驱体均可用于本发明。
50.(4)重复(2)和(3)中的操作，即重复抽真空-通入反应气体a/b的操作，通过控制反应气体a和反应气体b的通入次数来精准调控其膜厚，直至在晶圆表面形成所需厚度的有机聚合物薄膜。
51.步骤s1中，采用的晶圆表面具有沟槽结构，且沟槽结构的深宽比大于8∶1，当然，当沟槽结构的宽深比小于8∶1，也可以利用本发明方法制备高台阶覆盖率碳膜，因而沟槽结构的深宽比并不会对本发明方法构成范围限定。
52.s2、对表面沉积有机聚合物薄膜的晶圆进行退火处理，具体为：在惰性气氛下，将晶圆升温至600℃～900℃，保温5min～10min，使晶圆表面的有机聚合物炭化，形成厚度可调且精度高、台阶覆盖率高、保形性高的碳膜，完成对晶圆表面碳膜的制备。该步骤中，采用的惰性气氛为氮气气氛、氩气气氛或氮气和氩气的混合气氛，但不仅限于此，其他惰性气体构建的体系均能用于本发明。
53.为了便于理解本发明技术方案的创新所在，作为本发明技术方案中的其中一个案例，如图2所示，在碳化硅晶圆上制备高台阶覆盖率的碳膜，包括以下步骤：
54.(a)将一已完成离子注入的具有深沟槽结构(深宽比大于8∶1，具体是于9∶1)的碳化硅晶圆置于分子层沉积设备反应腔室中的陶瓷基座上，随后将反应腔室抽真空至0.8
×
10-5
pa，将陶瓷基座加热温度设为180℃，再通入ar惰性气体，并采用重复抽真空和通入ar惰性气体的方式对反应腔室进行冲洗3～5次。
55.(b)待反应腔室冲洗干净后，对其抽真空至0.8
×
10-5
pa，随后使用ar作为载气将二异氰酸酯通入反应腔室中，待反应腔室真空度达到1000pa后，停止输入反应气体并静置2min，使二异氰酸酯充分吸附于sic晶圆表面.
56.(c)再抽真空至0.8
×
10-5
pa，接着使用ar作为载气将乙二胺通入反应腔室中，直至真空度达到1000pa后，停止输入反应气体并静置2min，使乙二胺和二异氰酸酯在sic晶圆表面发生化学反应形成聚脲并提供新的氨基反应位点。
57.(d)重复上述步骤(b)和(c)中的抽真空-通入反应气体动作120次，在sic晶圆表面生成一定厚度的有机聚合物(聚脲)薄膜。
58.(f)抽真空至0.8
×
10-5
pa，随后通入ar使反应腔室达到常压状态，再将陶瓷基座的加热温度在2min内快速升温至800℃并保温5min，使sic晶圆表面聚脲在高温下炭化形成碳膜，该碳膜的厚度为500nm，随后冷却至室温，取出碳化硅晶圆，完成对碳化硅晶圆表面碳膜的制备。
59.上述本实施例的制备方法中，采用分子沉积的方法沉积有机聚合物薄膜的过程中，先是利用其中一种反应气体相应的化学键与晶圆表面基团发生反应，使该反应气体均匀吸附在晶圆表面，进而以该反应气体作为新的反应位点，与后加入的另一种反应气体发生反应形成有机聚合物并沉积在晶圆表面，不断重复上述过程，即可在晶圆表面沉积一层厚度均匀且可控的有机聚合物薄膜，在此基础上，通过退火处理，即可将沉积在晶圆表面的有机聚合物炭化，形成厚度可调且精度高、台阶覆盖率高、保形性高的碳膜。本发明制备方法，不仅能够制备高台阶覆盖率的碳膜，特别是能够在具有高深宽比沟槽结构的晶圆表面制备高台阶覆盖率的碳膜，而且能够降低晶圆的表面粗糙度，有利于提高沟槽型器件的性能，具有工艺简单、操作方便、制备成本低廉等优点，适合于大规模制备，便于工业化应用。
60.以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。