本发明涉及碳化硅蚀刻技术领域，具体涉及一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法。
背景技术：
sic做为新一代半导体材料，具有优异的材料特性，如与硅材料相比,三倍的能量带宽度、10倍高绝缘耐电场能力、2倍的饱和电子速度和3倍的优异导热性；其相对较低的功耗，产生的热量少，效率高。
对于化学试剂来说，sic单晶是非常惰性的材料，sic单晶的湿法腐蚀非常困难。在室温下,酸或碱都不能腐蚀sic单晶。
目前sic的蚀刻方法主要包括干式等离子反应离子蚀刻和熔融盐湿式蚀刻法。其中，干式等离子反应离子刻蚀sic单晶很容易，但是获得一种高选择比的掩膜材料材料是有挑战性；采用金属掩膜材料可以有效提高刻蚀的选择比，但在刻蚀过程中，从金属掩膜溅射出来的金属颗粒，会生成非挥发性的金属副产物，形成整个器件工艺中的金属污染。干式工艺设备投资相对以湿式工艺设备，反应气体大都采用卥素元素，反应尾气会破坏大气环境，因此尾气处理也是这项工艺的难点。而熔融盐湿式蚀刻法为sic单晶在450~600oc下可以被熔融的koh、naoh或na2o2腐蚀。在这些熔融盐中，sic先被氧化，随后氧化物被熔融盐去除。以熔融盐湿式蚀刻法蚀刻的宽深比低，不利于纳米尺度的微电子机械结构的制备，同时也很容易造成严重的k、na沾污。
因此，本发明针对上述碳化硅蚀刻方法上存在的问题进行深入构思，遂产生本案。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其可以有效避免金属污染。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其包括以下步骤：
步骤1、清洗碳化硅单晶芯片；
步骤2、在n型碳化硅单晶芯片表面溅射金属膜并进行图形化处理，所述金属膜为pt、w或ti膜；图形化后，在氩气下，在800摄氏度下，20-30分钟内升温至1200℃，并在该温度维持10-15分钟，然后进行退火；
步骤3、对n型碳化硅单晶芯片进行激光扫描；
具体地，将n型碳化硅单晶芯片放置在移动平台上，并以飞秒激光做全面积扫描；
步骤4、对激光扫描后的n型碳化硅单晶芯片进行光化学蚀刻处理；
具体地，将h2o2与hf混合形成蚀刻溶液，并将蚀刻溶液置于超音波清洗槽内，然后将经过激光扫描后的n型碳化硅单晶芯片浸泡在蚀刻溶液中，浸泡30-90分钟，在浸泡的同时施加超音波震荡和紫外线汞灯照射。
所述步骤2中，在溅射金属膜之前，以氩等离子溅射碳化硅单晶芯片表面，进行清洗。
所述步骤2中，金属膜的厚度150-300nm。
所述步骤3中，所述激光波长为351-353nm，光强度为100-150wcm-2；激光点直径d为10±1μm，扫描速度为v，激光脉冲频率f，累积的脉冲数量n=（d×f）/v。
所述步骤4中，h2o2与hf的混合比例为1：1。
所述步骤4中，h2o2的浓度为0.06moll-1，hf的浓度为1.31moll-1。
所述步骤4中，紫外线汞灯的光强度为15-30w，峰值波长为254nm，光源放置在距离蚀刻溶液的液面0.5-1mm处。
采用上述方案后，本发明将刻蚀工艺分三阶段，第一阶段：在n型碳化硅表面溅射金属膜并进行图形化处理；第二阶段：在刻蚀前进行激光扫描，受光位置超过其光化学刻蚀融熔阈值，可以有效提高刻蚀的深宽比；第三阶段：把n型碳化硅单晶芯片浸泡在h2o2/hf溶液中进行刻蚀反应，并以紫外光辅助，进行光化学反应。本发明采用pt、w、ti等惰性金属作为金属掩膜，同时采用h2o2和hf作为蚀刻溶液，蚀刻溶液中没有金属元素，且蚀刻过程中，蚀刻溶液与金属掩膜不会发生反应，金属掩膜的金属颗粒不会释出到蚀刻溶液中，从而有效杜绝金属污染。
附图说明
图1为本发明溅射工艺流程图；
图2为本发明激光扫描工艺示意图；
图3为n型碳化硅的蚀刻反应示意图。
具体实施方式
本发明揭示了一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其具体包括以下步骤：
步骤1、清洗碳化硅单晶芯片。此处清洗采用常用的液态化方法进行清洗，例如rca清洗等方法。
步骤2、在n型碳化硅单晶芯片表面进行溅射，如图1所示，具体如下：
步骤2.1、以氩等离子溅射碳化硅单晶芯片表面，进行清洗；
步骤2.2、以pecvd（物理沉积法）在n型碳化硅单晶芯片表面溅射金属膜，该金属膜为pt、w或ti膜，其膜厚为150-300nm。该金属膜进行作为掩膜，其在后续的蚀刻反应过程中可以作为催化剂使用，以提高蚀刻效率。
步骤2.3、金属膜溅射完成后，对金属膜进行图形化处理，图形化部分会露出碳化硅单晶芯片的表面。
步骤2.4、在氩气下，在800摄氏度下，20-30分钟内升温至1200℃，并在该温度维持10-15分钟，然后进行退火。经过该处理可以有效改善金属膜与n型碳化硅单晶芯片的导电率，导电率越高，后续的蚀刻速率也就越大。
步骤3、对n型碳化硅单晶芯片进行激光扫描。
具体地，如图2所示，将碳化硅单晶芯片放置在二维控制的移动平台上，移动细度在40-50nm，并以飞秒激光做全面积扫描。该激光波长为351-353nm，光强度为100-150wcm-2；激光点直径d为10±1μm，扫描速度为v，激光脉冲频率f，累积的脉冲数量n=（d×f）/v。
一般而言，脉冲数量、光强度与蚀刻的深宽比、蚀刻速度成正比，脉冲数量越多，光强度越大，碳化硅单晶芯片上蚀刻出的深宽比越大，蚀刻速度也越快。
在激光扫描过程中，对于没有金属膜覆盖的部分，激光进入碳化硅单晶芯片内，并在蚀刻面汇聚能量，该能量大于碳化硅的熔融阈值，使得蚀刻面的静态发生变化；而对于设有金属膜的位置处，激光能量减弱，其经过金属膜后进入碳化硅内的能量小于碳化硅的熔融阈值，所以这部分的晶态不发生变化。
步骤4、对激光扫描后的n型碳化硅单晶芯片进行光化学蚀刻处理。
具体地，如图3所示，将h2o2与hf混合形成蚀刻溶液，并将蚀刻溶液置于超音波清洗槽内，然后将经过激光扫描后的n型碳化硅单晶芯片浸泡在蚀刻溶液中，浸泡30-90分钟，在浸泡的同时施加超音波震荡和紫外线汞灯照射。
在本实施例中，h2o2的浓度为0.06moll-1，hf的浓度为1.31moll-1，两者的混合比例为1：1。其中，h2o2作为氧化剂，其会把碳化硅反应成二氧化硅，二氧化硅再进一步与hf反应成h2sif6。紫外线汞灯照射在n型碳化硅表面产生空穴电子。该紫外线汞灯的光强度为15-30w，峰值波长为254nm，光源放置在距离蚀刻溶液的液面0.5-1mm处。一般情况下，光照强度与蚀刻速度成正比，光照强度越强，在n型碳化硅表面形成的空穴电子越多，空穴电子越多，蚀刻的速度越快。
超音波震荡可以让蚀刻溶液更加均匀，从而使单晶芯片上的各部分的蚀刻速度、蚀刻效果比较一致。
综上，本发明的关键在于，本发明将刻蚀工艺分三阶段，第一阶段：在n型碳化硅表面溅射金属膜并进行图形化处理；第二阶段：在刻蚀前进行激光扫描，受光位置超过其光化学刻蚀融熔阈值，可以有效提高刻蚀的深宽比；第三阶段：把n型碳化硅单晶芯片浸泡在h2o2/hf溶液中进行刻蚀反应，并以紫外光辅助，进行光化学反应。本发明采用pt、w、ti等惰性金属作为金属掩膜，同时采用h2o2和hf作为蚀刻溶液，蚀刻溶液中没有金属元素，且蚀刻过程中，蚀刻溶液与金属掩膜不会发生反应，金属掩膜的金属颗粒不会释出到蚀刻溶液中，从而有效杜绝金属污染。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
1.一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1、清洗碳化硅单晶芯片；
步骤2、在n型碳化硅单晶芯片表面溅射金属膜并进行图形化处理，所述金属膜为pt、w或ti膜；图形化后，在氩气下，在800摄氏度下，20-30分钟内升温至1200℃，并在该温度维持10-15分钟，然后进行退火；
步骤3、对n型碳化硅单晶芯片进行激光扫描；
具体地，将n型碳化硅单晶芯片放置在移动平台上，并以飞秒激光做全面积扫描；
步骤4、对激光扫描后的n型碳化硅单晶芯片进行光化学蚀刻处理；
具体地，将h2o2与hf混合形成蚀刻溶液，并将蚀刻溶液置于超音波清洗槽内，然后将经过激光扫描后的n型碳化硅单晶芯片浸泡在蚀刻溶液中，浸泡30-90分钟，在浸泡的同时施加超音波震荡和紫外线汞灯照射。
2.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其特征在于：所述步骤2中，在溅射金属膜之前，以氩等离子溅射碳化硅单晶芯片表面，进行清洗。
3.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其特征在于：所述步骤2中，金属膜的厚度150-300nm。
4.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其特征在于：所述步骤3中，所述激光波长为351-353nm，光强度为100-150wcm-2；激光点直径d为10±1μm，扫描速度为v，激光脉冲频率f，累积的脉冲数量n=（d×f）/v。
5.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其特征在于：所述步骤4中，h2o2与hf的混合比例为1：1。
6.根据权利要求1或5所述的一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其特征在于：所述步骤4中，h2o2的浓度为0.06moll-1，hf的浓度为1.31moll-1。
7.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学的n型碳化硅蚀刻方法，其特征在于：所述步骤4中，紫外线汞灯的光强度为15-30w，峰值波长为254nm，光源放置在距离蚀刻溶液的液面0.5-1mm处。
技术总结