[發明專利]一種金屬輔助光化學的n型碳化硅蝕刻方法

在審

• 申請號: 202011502997.2
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112490122A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 葉宏倫;洪天河
• 申請（專利權）人: 璨隆科技發展有限公司;阿克蘇愛矽卡半導體技術研發有限公司;新疆璨科半導體材料制造有限公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L21/308
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 羅恒蘭

本發明涉及一種金屬輔助光化學的n型碳化硅蝕刻方法，將刻蝕工藝分三階段，第一階段：在n型碳化硅表面濺射金屬膜并進行圖形化處理；第二階段：在刻蝕前進行激光掃描，受光位置超過其光化學刻蝕融熔閾值，可以有效提高刻蝕的深寬比；第三階段：把n型碳化硅單晶芯片浸泡在H₂O₂/HF溶液中進行刻蝕反應，并以紫外光輔助，進行光化學反應。本發明采用Pt、W、Ti等惰性金屬作為金屬掩膜，同時采用H₂O₂和HF作為蝕刻溶液，蝕刻溶液中沒有金屬元素，且蝕刻過程中，蝕刻溶液與金屬掩膜不會發生反應，金屬掩膜的金屬顆粒不會釋出到蝕刻溶液中，從而有效杜絕金屬污染。

技術領域

本發明涉及碳化硅蝕刻技術領域，具體涉及一種金屬輔助光化學的n型碳化硅蝕刻方法。

背景技術

SiC做為新一代半導體材料，具有優異的材料特性，如與硅材料相比,三倍的能量帶寬度、10倍高絕緣耐電場能力、2倍的飽和電子速度和3倍的優異導熱性；其相對較低的功耗，產生的熱量少，效率高。

對于化學試劑來說，SiC單晶是非常惰性的材料，SiC單晶的濕法腐蝕非常困難。在室溫下 ,酸或堿都不能腐蝕SiC單晶。

目前SiC的蝕刻方法主要包括干式等離子反應離子蝕刻和熔融鹽濕式蝕刻法。其中，干式等離子反應離子刻蝕SiC單晶很容易，但是獲得一種高選擇比的掩膜材料材料是有挑戰性；采用金屬掩膜材料可以有效提高刻蝕的選擇比，但在刻蝕過程中，從金屬掩膜濺射出來的金屬顆粒，會生成非揮發性的金屬副產物，形成整個器件工藝中的金屬污染。干式工藝設備投資相對以濕式工藝設備，反應氣體大都采用卥素元素，反應尾氣會破壞大氣環境，因此尾氣處理也是這項工藝的難點。而熔融鹽濕式蝕刻法為SiC單晶在450~600^oC下可以被熔融的KOH、NaOH或Na₂O₂腐蝕。在這些熔融鹽中，SiC先被氧化，隨后氧化物被熔融鹽去除。以熔融鹽濕式蝕刻法蝕刻的寬深比低，不利于納米尺度的微電子機械結構的制備，同時也很容易造成嚴重的K、Na沾污。

因此，本發明針對上述碳化硅蝕刻方法上存在的問題進行深入構思，遂產生本案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬輔助光化學的n型碳化硅蝕刻方法，其可以有效避免金屬污染。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種金屬輔助光化學的n型碳化硅蝕刻方法，其包括以下步驟：

步驟1、清洗碳化硅單晶芯片；

步驟2、在n型碳化硅單晶芯片表面濺射金屬膜并進行圖形化處理，所述金屬膜為Pt、W或Ti膜；圖形化后，在氬氣下，在800攝氏度下，20-30分鐘內升溫至1200℃，并在該溫度維持10-15分鐘，然后進行退火；

步驟3、對n型碳化硅單晶芯片進行激光掃描；

具體地，將n型碳化硅單晶芯片放置在移動平臺上，并以飛秒激光做全面積掃描；

步驟4、對激光掃描后的n型碳化硅單晶芯片進行光化學蝕刻處理；

具體地，將H₂O₂與HF混合形成蝕刻溶液，并將蝕刻溶液置于超音波清洗槽內，然后將經過激光掃描后的n型碳化硅單晶芯片浸泡在蝕刻溶液中，浸泡30-90分鐘，在浸泡的同時施加超音波震蕩和紫外線汞燈照射。

所述步驟2中，在濺射金屬膜之前，以氬等離子濺射碳化硅單晶芯片表面，進行清洗。

所述步驟2中，金屬膜的厚度150-300nm。

所述步驟3中，所述激光波長為351-353nm，光強度為100-150wcm^-2；激光點直徑D為10±1μm，掃描速度為v，激光脈沖頻率f，累積的脈沖數量n=（D×f）/v。