CN112071740B - 一种用皮秒激光照射制备碳化硅结构的方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有技术中碳化硅刻蚀效率低的问题，本发明提供了一种用皮秒激光照射制备碳化硅结构的方法，包括以下步骤：S100：清洗碳化硅晶片；S200：通过皮秒激光照射碳化硅待刻蚀区域；S300：采用干法刻蚀机对碳化硅样品进行干法刻蚀，形成刻蚀沟槽；S400：干法刻蚀完毕之后去除刻蚀掩膜层；S500：去除刻蚀沟槽侧壁和沟槽底部的刻蚀损伤层。本发明在具体使用中，将碳化硅清洗后通过皮秒激光束照射碳化硅待刻蚀区域的表面，持续一定时间后，破坏该区域深度范围内碳化硅材料的碳硅键，提高该区域碳化硅的干法刻蚀速度，刻蚀效率高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，涉及一种碳化硅结构，尤其涉及一种用皮秒激光照射制备碳化硅结构的方法。
背景技术
碳化硅（SiC）具有出色的物理和化学性质，由于其优良的材料性能，以碳化硅材料（SiC）为基础的半导体器件正得到广泛的关注和应用。但是极高的材料强度, 也带来工艺方面的挑战，由于碳化硅材料的碳硅键键能（C-Si）强，化学性质极其稳定，因此难以应用半导体工业中传统的刻蚀工艺。
例如,若采用传统的湿法刻蚀，其需要在500摄氏度左右高温的碱溶液中进行；若采用传统的干法刻蚀，不仅刻蚀速度非常慢，同时需要很厚的干法刻蚀掩模，影响相关的光刻和掩模干刻工艺，并且长时间的干法刻蚀，会使得晶圆表面，以及刻蚀设备腔室内壁积累大量的难以去除的副产物，影响质量和效率。
因此现有技术中对碳化硅的腐蚀存在效率低的问题。为了提高刻蚀效率，中国专利文献CN103441063A公开了一种碳化硅微结构的制备方法，该制备方法是通过在气体环境中，利用飞秒激光辐照，通过扫描的方式，在碳化硅基片上诱导产生碳化硅基折射率变化结构，再通过氢氟酸和硝酸的混合液腐蚀，去除折射率变化区域，从而制备碳化硅微结构。这种方式虽然提高效率，但因飞秒激光能量大，对材料的破坏性强，导致在湿法腐蚀过程中，对需要的碳化硅材料同样被刻蚀掉，很难形成一个完整的碳化硅结构，因此在实际使用时这种方法应用极少。
发明内容
为了解决现有技术中碳化硅刻蚀效率低的问题，本发明提供了一种用皮秒激光照射制备碳化硅结构的方法，其目的在于提高碳化硅的刻蚀效率，并且工艺简单。
本发明是这样实现的，一种用皮秒激光照射制备碳化硅结构的方法，包括以下步骤：
S100：清洗碳化硅晶片，留存待用；
S200：将碳化硅晶片固定在工装上，通过皮秒激光照射碳化硅待刻蚀区域；
S300：使用介质膜作为干法刻蚀阻挡层，采用干法刻蚀机对碳化硅样品进行干法刻蚀，形成刻蚀沟槽；
S400：干法刻蚀完毕之后去除刻蚀掩膜层；
S500：去除刻蚀沟槽侧壁和沟槽底部的刻蚀损伤层。
进一步地，所述第S500步骤中包括通过氢气去除刻蚀损伤层。
进一步地，所述第S500步骤中包括通过氧气去除刻蚀损伤层。
本发明在具体使用中，将碳化硅清洗后通过皮秒激光束照射碳化硅待刻蚀区域的表面，持续一定时间后，破坏该区域深度范围内碳化硅材料的碳硅键，提高该区域碳化硅的干法刻蚀速度，从而提高与介质层的刻蚀比，降低对介质掩模层的厚度要求，刻蚀效率高。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本发明在具体使用中，一种用皮秒激光照射制备碳化硅结构的方法，包括以下步骤：
S100：清洗碳化硅晶片，留存待用；
S200：将碳化硅晶片固定在工装上，通过皮秒激光照射碳化硅待刻蚀区域；
S300：使用介质膜作为干法刻蚀阻挡层，采用干法刻蚀机对碳化硅样品进行干法刻蚀，形成刻蚀沟槽；
S400：干法刻蚀完毕之后去除刻蚀掩膜层；
S500：去除刻蚀沟槽侧壁和沟槽底部的刻蚀损伤层。
本申请在具体实施中，采用常用的皮秒激光器，例如本次实施中选择50W皮秒激光器，其波长1064 nm，重复频率为50kHz；包括皮秒激光源，衰减器，中性密度滤光片，机械快门，高精度平移台，衰减器提供了调节激光能量的便利方式，而机械快门则用于控制激光束的进入；本次实施中使用厚度为350μm的6H-SiC晶片。
S100：使用超声波机器用丙酮清洗碳化硅晶片，然后用去离子水清洗10分钟，留存待用；
S200：将碳化硅晶片安装在平移台上，通过计算机程序控制平移台的移动，通过皮秒激光照射碳化硅晶片待腐蚀区域，在制造过程中，可以通过光学显微镜或连接到CCD相机的计算机屏幕上看到碳化硅晶片表面；
S300：本申请中干法刻蚀可选择电感耦合等离子体刻蚀机ICP或电子回旋共振等离子体刻蚀机ECR或反应离子刻蚀机RIE或离子束刻蚀IBE；使用介质膜作为干法刻蚀阻挡层，进行干法刻蚀时刻蚀气体可选择SF6，流量可选择为10sccm至60sccm之间，反应腔室压力可选择为1mTorr至40mTorr之间，腔室内温度设置为室温或者温度范围为10°C至100°C；刻蚀掩膜和干法刻蚀碳化硅样品的刻蚀选择比可选择为1:1至1:10；在本申请的另一实施例中腔室内温度在38°C至41°C时刻蚀效果最佳。
S400：干法刻蚀完毕之后去除刻蚀掩膜层，去除刻蚀掩膜层可选择本领域技术人员所熟知的湿法腐蚀方式，例如选用的腐蚀溶液氢氟酸为：氟化铵的比例为1：1至1：40，腐蚀时间为1800秒至3600秒；腐蚀时温度在10°C至70°C之间。
S500：去除刻蚀沟槽侧壁和沟槽底部的刻蚀损伤层；可通过两种方式去除刻蚀损伤层，包括通过氧气与刻蚀表面反应形成氧化硅后，再通过S400步骤中的腐蚀溶液对氧化层进行腐蚀；或者在高温下通入氢气，反应腔室的温度达到1000~1600℃时，通过氢气与SiC反应刻蚀掉损伤层，如此提高刻蚀速度，其中腔室温度在1239~1276℃时，刻蚀效果更好。
掩模层与未经皮秒激光照射碳化硅的刻蚀比在3：1至1：3之间，与经过皮秒激光照射后碳化硅的刻蚀比在1:1至1:10，刻蚀速度比提升可达3倍以上。
上述为本发明的较佳实施例，应当理解本领域的技术人员无需创造性劳动即可根据本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者实验等得出相关技术方案，因此这些相关技术方案都应在本权利要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种用皮秒激光照射制备碳化硅结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：清洗碳化硅晶片，留存待用；
S200：将碳化硅晶片固定在工装上，通过皮秒激光照射碳化硅待刻蚀区域；
S300：使用介质膜作为干法刻蚀阻挡层，采用干法刻蚀机对碳化硅样品进行干法刻蚀，形成刻蚀沟槽；
S400：干法刻蚀完毕之后使用湿法腐蚀方式去除刻蚀掩膜层；
S500：去除刻蚀沟槽侧壁和沟槽底部的刻蚀损伤层；所述去除刻蚀沟槽侧壁和沟槽底壁可通过两种方式去除刻蚀损伤层，包括通过氧气与刻蚀表面反应形成氧化硅后，再通过S400步骤中的腐蚀溶液对氧化层进行腐蚀；或者在高温下通入氢气，反应腔室的温度达到1000～1600℃时，通过氢气与SiC反应刻蚀掉损伤层。
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