[發(fā)明專利]一種非對稱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010075810.9
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111252730A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟令款;李可為
• 申請（專利權(quán)）人: 成都工業(yè)學(xué)院
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;H01L21/033;H01L21/311;B82Y40/00
• 代理公司: 北京秉文同創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11859
• 代理人: 趙星;張文武

本發(fā)明公開了一種非對稱的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，所述圖案具有周期性或非周期性的圖形，且圖形兩側(cè)、圖形周邊或相鄰圖形間距大小不等。然后對襯底材料進行刻蝕，形成第一級溝槽圖形，并在底部和側(cè)壁形成鈍化保護層，然后去除第一溝槽圖形底部的鈍化保護層，保持水平表面的正常刻蝕，形成第二級溝槽圖形。通過重復(fù)上述步驟形成多層溝槽圖形，最終形成非對稱的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且圖形密度和相鄰圖形間距差距越大，非對稱趨勢越明顯。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用深寬比依賴刻蝕效應(yīng)(ARDE)，能夠極大地克服現(xiàn)有加工方法的限制，并且無須引入復(fù)雜冗長的工藝步驟，即可采用常規(guī)的加工手段一次性地得到非對稱的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種利用深寬比依賴刻蝕效應(yīng)(ARDE)制備非對稱的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

光子晶體(photonic crystals，PhC)是具有不同介電常數(shù)或折射率的介質(zhì)材料在一維、二維或三維方向上呈周期性有序排列構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，從而對特定波長的光的傳播起到選擇性阻礙和控制作用的材料。由于其獨特的光子帶隙結(jié)構(gòu)和光子局域特性，光子晶體在高反射鏡、濾波器、分光裝置、光波導(dǎo)、光纖、微型激光器、傳感器、微波天線、海量儲存與計算以及非線性光學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

在現(xiàn)代電信中，光能在幾秒鐘內(nèi)傳輸數(shù)千米的數(shù)字信息。適配的光學(xué)材料可有效控制光信號，材料的光學(xué)特性會受到特定結(jié)構(gòu)化的決定性影響。硅可以被用于通訊元件，如過濾器或偏轉(zhuǎn)器。然而，到目前為止，這些元件基本上都是平面的，即二維的。使用三維結(jié)構(gòu)來制造光子晶體完全是可行的，然而采用一般的方法制造滿足光子晶體需求的三維結(jié)構(gòu)所需的成本比較高。

現(xiàn)行的大多數(shù)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)基本上都是通過光刻和刻蝕得到，盡管容易得到尺度較小且高可靠的結(jié)構(gòu)，而且在整個晶圓上也可以獲得非常優(yōu)良的工藝均勻性，但是它們往往都是對稱性的結(jié)構(gòu)，即在圖形的不同側(cè)面表現(xiàn)出對稱的特點。在一些應(yīng)用上，如光子晶體、醫(yī)藥傳輸系統(tǒng)上的結(jié)構(gòu)如微針、半導(dǎo)體集成電路器件、傳感器件等，會對非對稱的結(jié)構(gòu)有特別的需求，采用常規(guī)的加工方法需要借助于多次光刻和刻蝕，分步制備出滿足要求的不同結(jié)構(gòu)來，這明顯增加了工藝復(fù)雜性，加大了工藝成本和控制難度。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種非對稱的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制備方法，即利用深寬比依賴刻蝕效應(yīng)(Aspect Ratio Dependent Etching，ARDE)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以一次性的加工出滿足要求的非對稱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。具體包括如下步驟：

S1：在半導(dǎo)體襯底上使用光刻膠和/或硬掩模定義好光刻圖案，上述圖案具有周期性或非周期性的多種圖形，且圖形兩側(cè)、圖形周邊或相鄰圖形間距大小不等；

S2：通入第一刻蝕性氣體對上述定義的圖案進行刻蝕，形成第一級溝槽圖形；

S3：通入鈍化性氣體在上述第一級溝槽圖形底部和側(cè)壁形成一鈍化保護層；

S4：通入第二刻蝕性氣體去除第一溝槽圖形底部的鈍化保護層，并保留側(cè)壁的鈍化保護層；

S5：周期性重復(fù)步驟S2-S3形成第二級溝槽圖形、第三級溝槽圖形……第N級溝槽圖形，形成非對稱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；

S6：清除殘留在所述非對稱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上所述鈍化保護層、光刻膠和/或掩模層，形成最終的非對稱的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，上述圖案可以為周期性或非周期性的線條形、圓形、橢圓形或不規(guī)則圖形。

優(yōu)選地，上述圖案中圖形密度和相鄰圖形間距差距越大，非對稱趨勢越明顯，優(yōu)選地，相鄰間距大小為3倍以上的關(guān)系。

優(yōu)選地，上述半導(dǎo)體襯底選自Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、SOI以及包括InAs、GaN、GaAs和InP在內(nèi)的III/V化合物半導(dǎo)體。