激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法与流程

本公开涉及微纳加工技术领域，具体涉及一种激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法。

背景技术：

碳化硅材料是一种优异性能的宽禁带半导体，不但具有带隙宽(si的3倍)、热导率高(si的3.3倍)、击穿场强高(si的10倍)、饱和电子漂移速率高(si的2.5倍)等特点，而且还具有极好的物理及化学稳定性、极强的抗辐照能力和机械强度等，在电力电子、mems等诸多领域应用都具有明显的优势。

然而，由于碳化硅本身稳定的物理化学性能，造成其加工的难度相对较大，尤其是涉及到深宽比较大的深槽孔结构的加工，在采用干法刻蚀进行结构制备时，往往面临两个突出的问题：一是碳化硅刻蚀时，很难找到一种高选择比的掩膜材料，常规的光刻胶与碳化硅的刻蚀选择比往往小于1，金属铝掩膜与碳化硅的刻蚀选择比也在20以下，在碳化硅刻蚀中较常采用的金属镍，其与硅的选择比也往往低于50，而且，由于应力的作用，厚镍掩膜制备非常困难，且需要借助电镀等一系列复杂的工艺才能获得碳化硅所需的图形化掩膜。另一方面，碳化硅的干法刻蚀也很难获得较高的刻蚀速率，其速率往往低于1微米/分钟，这样要获得百微米深的碳化硅结构，需要几个小时的刻蚀时间。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决或者至少部分缓解上述技术问题，本公开提供一种激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法，解决了碳化硅高深宽比深槽孔结构的加工难题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种激光辅助无掩膜碳化硅槽孔结构制备方法，包括：取一待加工的碳化硅材料；对所述待加工的碳化硅材料进行激光辐照；以及对所述激光辐照后的碳化硅材料进行干法刻蚀。

在一些实施例中，所述的碳化硅材料为碳化硅半导体材料，包括衬底材料或通过同质、异质外延生长方式生长出的碳化硅外延材料。

在一些实施例中，所述的碳化硅半导体材料，包括n型掺杂、p型掺杂或n型p型掺杂混合的多层结构材料，其掺杂浓度范围为1×1013～5×1020cm-3。

在一些实施例中，所采用的激光的脉宽在20皮秒至500纳秒范围内，激光的波长在240nm至1064nm范围内。

在一些实施例中，所述的激光辐照为通过脉冲激光器结合振镜实现对碳化硅材料表面的图形化照射；或通过脉冲激光器结合载片台移动实现对碳化硅材料表面的图形化照射；或通过脉冲激光器结合光学衍射干涉元件实现对碳化硅材料表面的图形化照射。

在一些实施例中，通过所述的激光辐照使被照射区域材料的直接刻蚀或激光诱导改性，由此打断被照射区域sic材料的si－c键。

在一些实施例中，所述干法刻蚀为等离子体干法刻蚀，通过等离子体干法刻蚀清除在对所述待加工的碳化硅材料进行激光辐照的步骤中激光刻蚀后槽孔结构中的残余物，或者刻蚀在对所述待加工的碳化硅材料进行激光辐照的步骤中激光改性后的si－c键已经被破坏的sic材料。

在一些实施例中，所述等离子体干法刻蚀采用氯基气体或氟基气体进行。

在一些实施例中，在对所述激光辐照后的碳化硅材料进行干法刻蚀步骤中，激光辐照过的区域和未辐照区域的选择比高于20，由此实现无掩膜的刻蚀。

在一些实施例中，所述的激光辅助无掩膜碳化硅槽孔结构制备方法，还包括，重复所述激光辐照步骤及所述干法刻蚀步骤直至获得所需沟槽深度的碳化硅结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)对激光辐照后的材料进行干法刻蚀，对于激光辐照过的区域和未辐照区域具有明显的选择比，由此实现了无掩膜的刻蚀。

(2)可重复激光辐照与干法刻蚀步骤，由此满足对碳化硅沟槽深度的更高需求

(3)本公开激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法，工艺简单，提高了制备效率。

附图说明

图1为根据本公开实施例碳化硅衬底片或外延片结构示意图。

图2为根据本公开实施例激光辐照后的碳化硅衬底片或外延片结构示意图。

图3为根据本公开实施例等离子干法刻蚀后的碳化硅衬底片或外延片结构示意图。

图4为根据本公开实施例再次激光辐照后的碳化硅衬底片或外延片结构示意图。

图5为根据本公开实施例再次等离子干法刻蚀后的碳化硅衬底片或外延片结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开。

本公开提供了一种激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法。如图1所示，所述激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，取一待加工的碳化硅材料；

步骤s2，对待加工的碳化硅材料进行激光辐照；

步骤s3，对激光辐照后的碳化硅材料进行干法刻蚀。

其中，在步骤s1中，所述的碳化硅(sic)材料为半导体单晶材料，具体的，可为碳化硅材料的任意晶型。所述的sic半导体材料可以是衬底材料、也可以是通过同质或者异质外延生长方式生长出的sic外延材料。所述的sic半导体材料，可以是n型掺杂、也可以是p型掺杂、也可以是n型p型掺杂均有的多层结构，其掺杂浓度范围为1×10¹³～5×10²⁰cm^-3。

在步骤s2中，所述对待加工的碳化硅材料进行激光辐照，其所采用的激光的脉宽可以从皮秒到纳秒范围；优选的，所采用的激光的脉宽在20皮秒至500纳秒范围内。所述对待加工的碳化硅材料进行激光辐照，其所采用的激光的波长可以从240nm至1064nm范围。

所述的激光辐照，可以借助脉冲激光器与振镜、载片台移动、光学衍射干涉元件之间的任意组合实现对碳化硅材料表面的图形化照射。例如，所述的激光辐照，可以借助脉冲激光器结合振镜实现对碳化硅材料表面的图形化照射；或借助脉冲激光器结合载片台移动实现对碳化硅材料表面的图形化照射；或借助脉冲激光器结合光学衍射干涉元件实现对碳化硅材料表面的图形化照射。所述的激光辐照，可以实现照射区域材料的直接刻蚀或激光诱导改性，打断被照射区域sic材料稳定的si－c键。

在步骤s3中，所述对激光辐照后的材料进行等离子体干法刻蚀，可以采用氯基气体或氟基气体进行。该过程是通过等离子体干法刻蚀清除步骤s2过程激光刻蚀后槽孔结构中的残余物，或者刻蚀步骤s2中激光改性后的si－c已经被破坏的sic材料。

其中，步骤s3所述的对激光辐照后的材料进行干法刻蚀，对于激光辐照过的区域和未辐照区域具有明显的选择比(高于20)，借此实现无掩膜的刻蚀。

其中，步骤s3所述的激光辐照后的材料进行干法刻蚀，在干法刻蚀后，获得需要的碳化硅结构。

根据所需碳化硅沟槽深度的不同，步骤s3也可与步骤s2交替进行，直到获得满意的碳化硅沟槽深度。

下面进一步结合附图及实例对本公开激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法作进一步解释。

(1)准备一个碳化硅衬底片或外延片，如图1所示，进行标准的碳化硅清洗，该碳化硅样片可以是衬底片1，也可以是衬底上长有外延材料2的外延片。

(2)选用脉宽为80皮秒，波长为365nm的脉冲激光器，借助振镜结合样品台的移动进行碳化硅材料表面图形化的辐照。辐照后获得，外延材料在某些特定的区域(图2中的激光辐照后碳化硅被加工或改性区域3)，材料性质发生转变，如图2所示。

(3)如图3所示，将图2所示样品进行氯基的干法等离子刻蚀，借助激光辐照和未辐照区域样品刻蚀的选择比，将辐照后变性区域的材料刻蚀掉，获得一定深度的碳化硅沟槽结构(图3中的干法刻蚀后碳化硅的沟槽结构4)。

(4)如刻蚀深度达到预设的深度要求，则沟槽的刻蚀工艺完成，若未达到预设的要求，则继续进行如图4所示的工艺步骤，将图4所示样品进一步进行激光辐照。

(5)如图5所示，将图4中的样品再次进行氯基的等离子干法刻蚀，获得更深的碳化硅沟槽结构5。

(6)如深度仍未达到要求，则重复(4)、(5)工艺步骤，直至获得深度满意的碳化硅沟槽结构。

综上，本公开一种激光辅助无掩膜高深宽比碳化硅深槽孔结构制备方法，实现了无掩膜的刻蚀，可满足对碳化硅沟槽深度的更高需求，工艺简单，提高了制备效率。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。