[發明專利]一種碳化硅晶片腐蝕的方法和裝置

有效

• 申請號: 201410116764.7
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103866398A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 高玉強;宗艷民;寧敏;劉云青
• 申請（專利權）人: 山東天岳晶體材料有限公司
• 主分類號: C30B33/10
• 分類號: C30B33/10;H01L21/02;H01L21/67
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻

技術領域

本發明屬于新材料晶體加工領域，具體涉及一種碳化硅晶片的腐蝕方法和裝置。

背景技術

碳化硅(SiC)被稱為繼硅(Si)和(GaAs)之后的第三代半導體材料之一。由于具有寬帶隙、高臨界擊穿電場、高熱導率、抗輻射、耐腐蝕等性能使其在高溫、大功率、高頻率電子器件領域有著廣泛的應用前景，成為“極端電子學”領域的基礎材料。能夠廣泛應用于航空航天、核動力、礦物開采、化學工程和車船制造等領域。

碳化硅材料雖然具有廣闊的發展前景，也引起了廣泛地研究興趣。但進一步的發展和應用受到晶體材料中高密度的缺陷的限制。缺陷是晶體在生長過程中由于熱應力或雜質等因素導致的與理想結構發生偏差的區域。影響半導體性能的晶體缺陷主要包括微管、位錯和小角晶界。這三類缺陷對晶體材料的各項特性有著嚴重的影響，極大地制約了所制備電子器件的性能。實現對碳化硅晶體中缺陷的準確檢測，是降低缺陷密度、提升材料性能的前提，也是高性能器件制備的必要條件。對于推動碳化硅生長工藝和電子器件制備工藝的發展有著重要的意義。

濕法腐蝕是研究碳化硅晶體缺陷的主要方法，由于其成本低、實驗步驟簡單和對樣品形狀無要求而得到了廣泛地應用。但由于碳化硅晶體化學性質非常穩定，幾乎不受常規腐蝕劑的侵蝕。目前以熔融堿或鹽作為腐蝕劑是最常用的方法，其中KOH及KOH與NaOH混合物的應用最為廣泛，但存在腐蝕能力差，腐蝕速率較慢的缺陷。當前所采用的裝置同樣存在許多不足，比如每次只能對一枚晶片進行腐蝕，對能源和腐蝕劑的利用率低，腐蝕過程中的安全防護不足，腐蝕結束時不能及時去除樣品表面的腐蝕劑等。

因此，為了實現對碳化硅晶片的高效、安全和快速的腐蝕，有必要建立一種克服了之前缺陷的腐蝕方法和裝置，實現對多枚晶片的同時腐蝕，腐蝕速率高且安全性好。

發明內容

根據現有技術存在的不足和空白，本發明的發明人提供了一種碳化硅晶片的腐蝕方法和裝置，其最主要的是提供了一種全新的混合腐蝕劑和全新的腐蝕裝置，其中所采用的混合腐蝕劑由KOH、NaOH與氟鹽三種組分構成，而所采用的腐蝕裝置則通過全新的晶片承載裝置實現了同時對多片晶片進行腐蝕操作；綜合上述的改進，本發明的技術方案實現了對多片晶片的同時腐蝕，提高能量和腐蝕劑利用率，實現了對腐蝕時間和腐蝕溫度的更精確控制，改善了整體裝置的安全性，提高了實際腐蝕速率。

本發明的具體技術方案如下：

發明人首先提供了一種全新的腐蝕劑，其由KOH、NaOH與氟鹽三種組分構成，

其中所述氟鹽包括NaF、KF、CaF₂中的一種或幾種；

所述氟鹽在腐蝕劑中的摩爾分數為1～50%；同時所述腐蝕劑中KOH、NaOH的摩爾比為1:1；

與現有技術中采用的腐蝕劑相比，本發明的腐蝕劑配方中主要不同在于氟鹽的加入；氟鹽與KOH和NaOH一起混合，一同被融化形成腐蝕劑熔體，以熔體的形式發揮作用；

由于在腐蝕劑對碳化硅晶片的腐蝕過程中會在晶片表面生成SiO₂，SiO₂在現有的腐蝕劑中的溶解和擴散速率較慢，從而限制了腐蝕劑與碳化硅的接觸，降低腐蝕反應的速率。所加入的氟鹽在熔融態的腐蝕劑中以離子狀態（F^-）存在，F-的存在能夠在很大程度上提高SiO₂的溶解和擴散速率，從而改善腐蝕劑與碳化硅的接觸，提高腐蝕反應速率；且控制上述的氟鹽用量可以很好的與KOH和NaOH配合，起到最佳的腐蝕效果。

具體使用該腐蝕劑時，可以根據對腐蝕速率的不同要求來調整腐蝕劑中各組分的比值，但是調整的范圍均在上述的氟鹽種類和含量范圍內。

利用上述的腐蝕劑，發明人提供了與之對應的碳化硅晶片的腐蝕方法，具體步驟如下:

1.將配比好的腐蝕劑放入坩堝，腐蝕劑的量保證在熔融后能夠浸沒全部樣品即可，同時將熱電偶放入保護裝置中，并將其放入坩堝內，且底部浸入腐蝕劑內；

2.將坩堝放入電阻爐中溫場均勻區域，設置電阻爐溫度為200～600℃；關閉爐門，開始升溫，達到預定溫度后，繼續保溫0.5～4h以使腐蝕劑徹底熔融并混合均勻；

3.待保溫結束后，將待腐蝕晶片裝入承載裝置中，并將其放入坩堝中，確保腐蝕劑熔體浸沒全部晶片，關閉爐門開始腐蝕，腐蝕時間1～60min；

4.腐蝕完成后將晶片連同承載裝置取出，冷卻清洗，即可進行檢測，驗證腐蝕的效果。