本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种sic衬底的图形化方法。
背景技术：
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。
技术实现要素：
本发明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，根据本发明的一个方面，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。
应用本发明的技术方案，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，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。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，本发明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发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明的实施例。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，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
由背景技术可知，现有技术中的sic衬底10图形化工艺中难以实现与硅工艺兼容的湿法深度刻蚀。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种sic衬底10的图形化方法，包括以下步骤：s1，在sic衬底10的表面形成刻蚀窗口30，对应刻蚀窗口30的sic衬底10的表面裸露；s2，形成覆盖于刻蚀窗口30的金属层40，使与sic衬底10接触的金属层40与sic衬底10发生硅化反应形成合金过渡层410；以及s3，湿法腐蚀去除合金过渡层410和未反应的金属层40，得到腐蚀区域50与刻蚀窗口30对应的图形化衬底。
上述图形化方法中由于先在sic衬底10的表面形成刻蚀窗口30，然后形成覆盖于刻蚀窗口30的金属层40，使部分金属层40与sic衬底10发生硅化反应形成合金过渡层410，再湿法腐蚀去除合金过渡层410，得到腐蚀区域50与刻蚀窗口30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410的过程能够消耗掉部分sic衬底10，再通过去除上述合金过渡层410实现了对sic衬底10的刻蚀，使图形化后的sic衬底10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。
下面将更详细地描述根据本发明提供的sic衬底的图形化方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
首先，执行步骤s1：在sic衬底10的表面形成刻蚀窗口30，对应刻蚀窗口30的sic衬底10的表面裸露。可以通过光刻、刻蚀等常规工艺定义出所需图形的刻蚀窗口30，为了实现上述刻蚀窗口30，在一种优选的实施方式中，上述步骤s1包括以下过程：s11，在sic衬底10上沉积第一介质材料，以形成保护介质层20；s12，去除部分保护介质层20，以使部分sic衬底10的表面裸露形成刻蚀窗口30，如图1所示。
在上述优选的实施方式中，为了实现保护介质层20对sic衬底10的保护作用，更为优选地，上述第一介质材料为sio2，但并不局限于上述优选的材料种类，本领域技术人员可以根据现有技术对形成上述保护介质层20的第一介质材料进行合理选取；并且，为了保证在整个sic衬底10图形化过程中，在腐蚀深度达到目标深度时不再需要重新沉积并光刻定义保护介质窗口，优选地，上述保护介质层20的厚度为0.5～1.5μm。
在执行完步骤s1之后，执行步骤s2：形成覆盖于刻蚀窗口30的金属层40，使与sic衬底10接触的金属层40与sic衬底10发生硅化反应形成合金过渡层410。通过在包括刻蚀窗口30的表面大面积生长一层金属，然后再使金属层40与sic衬底10中的si元素发生硅化反应以形成硅化物合金层，从而在上述硅化过程中能够实现对一定厚度的sic衬底10材料的消耗。
在一种优选的实施方式中，上述步骤s2包括以下过程：s21，在sic衬底10上沉积金属材料，以形成覆盖于刻蚀窗口30和保护介质层20表面的金属层40，如图2所示；s22，对衬底进行退火处理，以使部分金属层40与sic衬底10发生硅化反应形成合金过渡层410，如图3所示。
在上述优选的实施方式中，为了提高金属层40与sic衬底10的硅化反应效率，优选地，上述退火处理的温度为850～1050℃。为了使上述金属材料能够更好地与sic衬底10发生硅化反应以形成上述合金过渡层410，优选地，上述金属材料为ni，但并不局限于上述优选的材料种类，本领域技术人员可以根据现有技术对形成上述保护介质层20的第一介质材料进行合理选取；并且，优选地，上述金属层40的厚度为50～300nm。
在执行完步骤s2之后，执行步骤s3：湿法腐蚀去除合金过渡层410和未反应的金属层40，得到腐蚀区域50与刻蚀窗口30对应的图形化衬底，如图4所示。采用湿法腐蚀去除sic材料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。
在一种优选的实施方式中，上述步骤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金属层40；s32，采用第二腐蚀溶液去除合金过渡层410。当上述金属层40为ni金属时，为了提高对金属层40的腐蚀效率，优选地，上述第一腐蚀溶液为h2so4与h2o2的混合溶液；此时形成的合金过渡层410为nisix层，为了提高对该合金过渡层410的腐蚀效率，优选地，上述第二腐蚀溶液为hno3和ch3cooh混合溶液。
在上述优选的实施方式中，在去除合金过渡层410的过程之后，步骤s3还包括可以以下过程：s33，在o2氛围下对sic衬底10进行表面灰化处理，以去除在形成合金过渡层410的过程中析出在sic衬底10表面的碳颗粒。通过上述步骤能够有效地去除残留在sic衬底10表面的碳杂质，从而提高了sic衬底10表面的清洁度，进而有利于提高后续形成于该sic衬底10表面的器件的性能。
在上述步骤s3之后，图形化方法还可以包括以下步骤：s4，重复执行至少一次步骤s2和步骤s3，以使sic衬底10的腐蚀区域50具有第一腐蚀深度。采用上述步骤能够推进腐蚀深度，若在经过一次步骤s2和步骤s3后，得到的图形化衬底的腐蚀区域50的深度并未达到所需要求时，通过重复上述形成合金过渡层410的步骤以及湿法腐蚀去除合金过渡层410的步骤，能够进一步加大腐蚀区域50的深度，从而能够通过重复多次上述步骤s2和步骤s3，直到深度达到所需要求。
为了避免多次湿法腐蚀而导致的腐蚀区域50的侧扩现象，优选地，在上述步骤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50的sic衬底10上沉积第二介质材料，以形成覆盖于腐蚀区域50表面的钝化介质层60，如图5所示；干法刻蚀钝化介质层60，以使剩余的钝化介质层60覆盖于腐蚀区域50的侧壁上，如图6所示。
在上述优选的实施方式中，通过在已初步腐蚀的sic衬底10上生长一层钝化介质，再大面积干法刻蚀该薄层介质，从而能够通过干法刻蚀的方向选择性，只在腐蚀区域50的侧壁残留有上述钝化介质，进而通过该钝化介质起到了避免侧壁由于腐蚀而侧向扩展的作用。本领域技术人员可以根据现有技术对形成上述钝化介质层60的材料种类进行合理选取，上述形成上述钝化介质层60的材料可以为氧化硅；为了使侧壁可以确实的钝化保护，该钝化介质层60不易太薄，为了使图形化窗口不会变形过大，该钝化介质层60不易太厚，更为优选地，上述钝化介质层60的厚度为0.05～0.1μm。
为了优化腐蚀表面，在一种优选的实施方式中，在上述步骤s3或步骤s4之后，图形化方法还可以包括以下步骤：在sic衬底10上形成牺牲氧化层；采用第三腐蚀溶液去除牺牲氧化层。若在上述步骤s1中，通过在sic衬底10上形成保护介质层20，并去除部分保护介质层20以形成刻蚀窗口30，此时在上述步骤s3之后，采用上述第三腐蚀溶液能够不仅能够去除上述牺牲氧化层，还能够去除剩余的保护介质层20，如图7所示。
在上述优选的实施方式中，本领域技术人员可以根据现有技术对形成上述牺牲氧化层的材料进行合理选取，上述形成上述牺牲氧化层的材料可以为氧化硅，为了提高对上述牺牲氧化层的腐蚀效率，更为优选地，上述第三腐蚀溶液为nh4f和hf的混合溶液；并且，为了保证确实的去除牺牲氧化层而又不过多的消耗衬底材料，更为优选地，上述牺牲氧化层的厚度为20～50nm。
下面将结合实施例进一步说明本申请提供的sic衬底的图形化方法。
实施例1
本实施例提供的sic衬底的图形化方法包括以下步骤：
s01，在sic衬底上沉积第一介质材料sio2，以形成厚度为1μm的保护介质层，然后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；
s02，在衬底上沉积金属ni，以形成覆盖于刻蚀窗口和保护介质层表面的金属层，厚度为
s03，采用h2so4与h2o2的混合溶液去除未参与硅化反应的金属ni，采用hno3和ch3cooh混合溶液去除合金过渡层，得到腐蚀区域与刻蚀窗口对应的图形化衬底，然后在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10表面的碳颗粒；
s04，在sic衬底上通过热氧形成厚度为20nm的牺牲氧化层，并采用nh4f和hf的混合溶液去除牺牲氧化层以及剩余的保护介质层。
实施例2
本实施例提供的sic衬底的图形化方法包括以下步骤：
s01，在sic衬底上沉积第一介质材料sio2，以形成厚度为1μm的保护介质层，然后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；
s02，在衬底上沉积金属ni，以形成覆盖于刻蚀窗口和保护介质层表面的金属层，厚度为
s03，采用h2so4与h2o2的混合溶液去除未参与硅化反应的金属ni，采用hno3和ch3cooh混合溶液去除合金过渡层，得到腐蚀区域与刻蚀窗口对应的图形化衬底，然后在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10表面的碳颗粒；
s04，在具有腐蚀区域的sic衬底上沉积第二介质材料氧化硅，以形成覆盖于腐蚀区域表面的钝化介质层，厚度为0.1μm，干法刻蚀该钝化介质层，以使剩余的钝化介质层覆盖于腐蚀区域的侧壁上，然后重复上述步骤s02和步骤s03；
s05，在sic衬底上通过热氧形成厚度为20nm的牺牲氧化层，并采用nh4f和hf的混合溶液去除牺牲氧化层以及剩余的保护介质层。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、实现了对sic衬底的深度刻蚀，使图形化后的sic衬底能够具有较大的腐蚀深度；
2、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；
3、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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。