SiC衬底的图形化方法技术

本发明专利技术提供了一种SiC衬底的图形化方法。该图形化方法包括以下步骤：S1，在SiC衬底的表面形成刻蚀窗口，对应刻蚀窗口的SiC衬底的表面裸露；S2，形成覆盖于刻蚀窗口的金属层，使与SiC衬底接触的金属层与SiC衬底发生硅化反应形成合金过渡层；以及S3，湿法腐蚀去除合金过渡层和未反应的金属层，得到腐蚀区域与刻蚀窗口对应的图形化衬底。上述图形化方法能够使图形化后的SiC衬底能够具有较大的腐蚀深度；并且，上述图形化方法所采用的工艺与现有Si工艺相兼容，也能够兼顾各向同性和各向异性的腐蚀形貌需求；另外，由于上述图形化方法主要采用湿法腐蚀，从而能够有效地避免干法刻蚀工艺对衬底材料带来的刻蚀损伤。

【技术实现步骤摘要】
SiC衬底的图形化方法
本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种SiC衬底的图形化方法。
技术介绍
作为第三代宽禁带半导体材料中的代表，SiC以其优异的物理化学特性以及电学特性成为制造高温、高频、大功率半导体器件的重要材料之一。同时，SiC还是自然界中硬度仅次于金刚石的半导体材料，常温下几乎和所有物质不发生化学反应。从材料制作工艺角度出发，SiC的制作工艺又与传统且成熟的Si半导体加工工艺高度兼容，它可以通过氧化直接形成SiO2钝化层，这是其它化合物半导体材料所不可比拟的。对衬底进行图形化是半导体工艺中不可缺少的一环，也是制作多种半导体器件或器件结构的重要工艺之一。由于SiC自身的材料特性，通常采用干法刻蚀的工艺方法实现衬底图形化，但在高能粒子的作用下，难以避免的会在SiC衬底中引入晶格损伤和微小的沟槽结构，而这些缺陷的出现会对最终的器件性能以及器件可靠性造成不利的影响。采用电化学方法对SiC衬底进行腐蚀也有见报道，但是这往往需要较高的温度和强碱性溶液环境，更为关键的是该工艺方法不能与现行的成熟硅工艺相兼容。一种兼容Si工艺的湿法腐蚀SiC衬底的方法是通过对SiC材料进行氧化，通过氧化消耗SiC并最终通过腐蚀掉氧化层进而实现SiC衬底的图形化。只是由于SiC本身的材料性质和氧化机理使得其氧化的厚度有限，一般在几十纳米量级。如果厚度进一步加深，则氧化时间将过长。而在实际情况中往往需要对SiC衬底的腐蚀达到几百纳米，乃至微米量级的深度。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种SiC衬底的图形化方法，以解决现有技术的SiC衬底图形化工艺中难以实现与硅工艺相兼容的湿法深度刻蚀的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种SiC衬底的图形化方法，包括以下步骤：S1，在SiC衬底的表面形成刻蚀窗口，对应刻蚀窗口的SiC衬底的表面裸露；S2，形成覆盖于刻蚀窗口的金属层，使与SiC衬底接触的金属层与SiC衬底发生硅化反应形成合金过渡层；以及S3，湿法腐蚀去除合金过渡层和未反应的金属层，得到腐蚀区域与刻蚀窗口对应的图形化衬底。进一步地，步骤S1包括以下过程：S11，在SiC衬底上沉积第一介质材料，以形成保护介质层，优选第一介质材料为SiO2，优选保护介质层的厚度为0.5～1.5μm；S12，去除部分保护介质层，以使部分SiC衬底的表面裸露形成刻蚀窗口。进一步地，步骤S2包括以下过程：S21，在SiC衬底上沉积金属材料，以形成覆盖于刻蚀窗口和保护介质层表面的金属层，优选金属材料为Ni，优选金属层的厚度为50～300nm；S22，对衬底进行退火处理，以使部分金属层与SiC衬底发生硅化反应形成合金过渡层。进一步地，在步骤S22中，退火处理的温度为850～1050℃。进一步地，步骤S3包括以下过程：S31，采用第一腐蚀溶液去除未参与硅化反应的金属层，优选第一腐蚀溶液为H2SO4与H2O2的混合溶液；S32，采用第二腐蚀溶液去除合金过渡层，优选第二腐蚀溶液为HNO3和CH3COOH混合溶液。进一步地，在去除合金过渡层的过程之后，步骤S3还包括以下过程：S33，在O2氛围下对SiC衬底进行表面灰化处理，以去除在形成合金过渡层的过程中析出在SiC衬底表面的碳颗粒。进一步地，在步骤S3之后，图形化方法还包括以下步骤：S4，重复执行至少一次步骤S2和步骤S3，以使SiC衬底的腐蚀区域具有第一腐蚀深度。进一步地，在步骤S4之前和步骤S3之间，图形化方法还包括以下步骤：在具有腐蚀区域的SiC衬底上沉积第二介质材料，以形成覆盖于腐蚀区域表面的钝化介质层，优选钝化介质层的厚度为50～100nm；干法刻蚀钝化介质层，以使剩余的钝化介质层覆盖于腐蚀区域的侧壁上。进一步地，在步骤S3之后，图形化方法还包括以下步骤：在SiC衬底上形成牺牲氧化层，优选牺牲氧化层的厚度为20～50nm；采用第三腐蚀溶液去除牺牲氧化层，优选第三腐蚀溶液为NH4F和HF的混合溶液。进一步地，在步骤S1中，在SiC衬底上形成保护介质层，并去除部分保护介质层以形成刻蚀窗口，在步骤S3之后，采用第三腐蚀溶液去除牺牲氧化层和剩余的保护介质层。进一步地，在步骤S4之后，图形化方法还包括以下步骤：在SiC衬底上形成牺牲氧化层，优选牺牲氧化层的厚度为20～50nm；采用第三腐蚀溶液去除牺牲氧化层，优选第三腐蚀溶液为NH4F和HF的混合溶液。应用本专利技术的技术方案，提供了一种SiC衬底的图形化方法，由于该方法先在SiC衬底的表面形成刻蚀窗口，然后形成覆盖于刻蚀窗口的金属层，使部分金属层与SiC衬底发生硅化反应形成合金过渡层，再湿法腐蚀去除合金过渡层，得到腐蚀区域与刻蚀窗口对应的图形化衬底，从而通过上述硅化反应形成合金过渡层的过程能够消耗掉部分SiC衬底，再通过去除上述合金过渡层实现了对SiC衬底的湿法刻蚀，使图形化后的SiC衬底能够具有较大的腐蚀深度；并且，上述图形化方法所采用的工艺与现有Si工艺相兼容，也能够兼顾各向同性和各向异性的腐蚀形貌需求；另外，由于上述图形化方法主要采用湿法腐蚀，从而能够有效地避免干法刻蚀工艺对衬底材料带来的刻蚀损伤。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了在本申请实施方式所提供的SiC衬底的图形化方法中，在SiC衬底的表面形成刻蚀窗口后的基体剖面结构示意图；图2示出了形成覆盖于图1所示的刻蚀窗口的金属层后的基体剖面结构示意图；图3示出了使图2所示的部分金属层与SiC衬底发生硅化反应形成合金过渡层后的基体剖面结构示意图；图4示出了湿法腐蚀去除图3所示的合金过渡层后的基体剖面结构示意图；图5示出了形成覆盖于图4所示的腐蚀区域表面的钝化介质层后的基体剖面结构示意图；图6示出了干法刻蚀图5所示的钝化介质层后的基体剖面结构示意图；以及图7示出了在图4所示的SiC衬底上形成牺牲氧化层，并采用第三腐蚀溶液去除牺牲氧化层后的基体剖面结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、SiC衬底；20、保护介质层；30、刻蚀窗口；40、金属层；410、合金过渡层；50、腐蚀区域；60、钝化介质层。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC衬底的图形化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在SiC衬底的表面形成刻蚀窗口，对应所述刻蚀窗口的所述SiC衬底的表面裸露；S2，形成覆盖于所述刻蚀窗口的金属层，使与所述SiC衬底接触的所述金属层与所述SiC衬底发生硅化反应形成合金过渡层；以及S3，湿法腐蚀去除所述合金过渡层和未反应的金属层，得到腐蚀区域与所述刻蚀窗口对应的图形化衬底。

【技术特征摘要】
1.一种SiC衬底的图形化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在SiC衬底的表面形成刻蚀窗口，对应所述刻蚀窗口的所述SiC衬底的表面裸露；S2，形成覆盖于所述刻蚀窗口的金属层，使与所述SiC衬底接触的所述金属层与所述SiC衬底发生硅化反应形成合金过渡层；以及S3，湿法腐蚀去除所述合金过渡层和未反应的金属层，得到腐蚀区域与所述刻蚀窗口对应的图形化衬底。2.根据权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下过程：S11，在所述SiC衬底上沉积第一介质材料，以形成保护介质层，优选所述第一介质材料为SiO2，优选所述保护介质层的厚度为0.5～1.5μm；S12，去除部分所述保护介质层，以使部分所述SiC衬底的表面裸露形成所述刻蚀窗口。3.根据权利要求2所述的图形化方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下过程：S21，在所述SiC衬底上沉积金属材料，以形成覆盖于所述刻蚀窗口和所述保护介质层表面的金属层，优选所述金属材料为Ni，优选所述金属层的厚度为50～300nm；S22，对所述衬底进行退火处理，以使部分所述金属层与所述SiC衬底发生硅化反应形成所述合金过渡层。4.根据权利要求3所述的图形化方法，其特征在于，在所述步骤S22中，所述退火处理的温度为850～1050℃。5.根据权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下过程：S31，采用第一腐蚀溶液去除未参与硅化反应的所述金属层，优选所述第一腐蚀溶液为H2SO4与H2O2的混合溶液；S32，采用第二腐蚀溶液去除所述合金过渡层，优选所述第二腐蚀溶液为HNO3和CH3COOH混合溶液。6.根据权利要求5所述的图形化方法，其特征在于，在去除所述合金过渡层的过程之后...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成樾，王臻星，白云，汤益丹，陈宏，田晓丽，刘新宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11