基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及宽禁带半导体深刻蚀加工技术领域，具体指一种机械硬度高、化学稳 定性好、抗腐蚀的宽禁带半导体基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺。
【背景技术】
[0002] SiC材料现在已经发展成为主要的宽带隙半导体材料之一，拥有多种晶型，SiC具 有宽禁带（3. 26eV)、高击穿电场（2. 3MV/cm)、高热导率（4.QWcnr1Ir1)和高饱和电子漂移速 率（2Xl〇Ws)等特点，而这些特点正是高温、高功率、高频、低损耗器件所需要的，同时 也是在微机电系统下制作微型器件的非常有前景的材料，尤其是制作在恶劣环境下应用的 器件。由于SiC材料的机械硬度高、化学稳定性好、抗腐蚀，使得SiC器件的制造工艺中传 统的湿法刻蚀技术已不再是适用，干法刻蚀技术成为图形化SiC的唯一有效方法。目前， 已经广泛研宄的干法刻蚀工艺有RIE(ReactionIonEtching)、ECR(ElectronCyclotron Resonance)、ICP(InductivelyCoupledPlasma)等，本发明米用的是RIE对SiC进行深刻 蚀。
[0003] 反应离子刻蚀是一种物理作用和化学作用共存的刻蚀工艺，兼有离子溅射刻蚀和 等离子化学刻蚀的优点，不仅有良好的形貌控制能力（偏向于各向异性）、较高的选择比， 而且刻蚀速率较快。刻蚀机理为：射频辉光放电，反应气体被击穿，产生等离子体。等离子 体中包含正、负离子，长短寿命的游离基和自由电子，可与刻蚀样品表面发生化学反应；同 时离子在电场作用下射向样品表面，并对其进行物理轰击。物理和化学的总和作用，完成 对样品的刻蚀。对于同一种材料，可能存在多种可以刻蚀的气体，而对SiC进行RIE通常 使用F基气体作为刻蚀气体，已经有过的报道有CHF3、CBrF3、CF4、SF6、即3等F基气体，并加 入〇2作为刻蚀催化剂，但在微加工中，需要对SiC进行深刻蚀，深刻蚀不仅要求高的刻蚀速 率，尤其还要求刻蚀表面无微掩膜效应即获得光滑的刻蚀表面，这在对SiC微加工中是一 难点，且目前大多器件已经转向SiC，对SiC深刻蚀加工工艺研宄甚少。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中对SiC进行深刻蚀难以获得光滑表面的问题， 提出一种基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺。本发明通过半导体RCA清洗工艺 对衬底进行清洗；通过光刻图形转移技术SiC衬底片上进行图形化，随后使用超高真空磁 控溅射种子层Ni/Cr/Au，实现金属图形化，通过种子层增强衬底导电性，有利于电镀金属掩 膜层；通过电镀形成微米级厚的刻蚀掩膜层Ni;通过O2清洗刻蚀后，在SF6:0 2= 50sccm: lOsccm，lOPa，200W刻蚀条件下，使用RIE对衬底进行深刻蚀形成深度为72ym的圆形应变 膜片，刻蚀速率为55?70nm/min，获得光滑的刻蚀表面。
[0005] 如上所述，本发明具有制备方法简单、操作流程简洁、条件可控等特点
【附图说明】
[0006] 图1为本发明一种基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺流程框图。
【具体实施方式】
[0007] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0008] 本发明基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺（如图1所示），包括以下步 骤：
[0009] 步骤1，准备SiC衬底片：所述衬底SiC衬底片为经过PVT法生长的晶锭经定向、 切割、双面抛光，双面CMP抛光得到3寸的工业化晶片，切取3X2cm2的衬底片进行半导体 RCA工艺清洗。
[0010] 步骤2,光刻图形化：将衬底置于KKTC的烘胶台进行烘干，通过匀胶机在衬底上 均匀旋涂Iym厚的光刻胶，将其置于烘胶台进行5min前烘，随后使用紫外光刻机对其进行 图形化，显影后进行IOmin坚膜。
[0011] 步骤3,溅射金属种子层：使用超高真空磁控溅射设备，射频靶位，75W，28°C，保护 气Ar流量30sccm,，沉积室压强0. 35Pa，衬底转速60rad/min，900s，沉积一层Ni层，25nm? 30nm;同样设备条件下，射频祀位，80W，28°C，保护气Ar流量IOsccm,沉积室压强0. 5Pa，衬 底转速60rad/min，1800s，沉积一层Cr层40nm?50nm;同样设备条件下，射频祀位，75W， 28°C，保护气Ar流量30sccm,沉积室压强0. 35Pa，衬底转速60rad/min，1800s，沉积一层Au 层IOOnm0
[0012] 步骤4,套刻，图形化：将溅射种子层后的衬底浸泡于丙酮溶液中5min，置于超声 池内超声3min，随后浸泡于乙醇99%溶液中并超声15min，然后取出衬底N2吹干，重复步骤 3光刻图形化，所用图形一致。
[0013] 步骤5,电镀金属掩膜层：配制电镀液，准备4X4cm2的Ni块靶材，控制条件为工作 电流密度保持在0.lA/dm2,电镀时间为lOmin，电镀一层Ni层，厚度为2ym?2. 3ym。
[0014] 步骤6,粘合Si片：Si片双面抛光，进行半导体RCA工艺清洗，旋涂光刻胶，将步骤 4所得电镀Ni掩膜的衬底浸泡于丙酮溶液中5min，置于超声池内超声3min，随后浸泡于乙 醇99%溶液中并超声15min，然后取出衬底放置于通风厨内待乙醇完全挥发，将SiC衬底片 与Si片粘合，置于烘胶台IOmin坚固光刻胶。
[0015] 步骤7,使用反应离子刻蚀对衬底进行深刻蚀：使用RIE-200NL设备，将步骤6所 得衬底置于准备室内，首先使用4〇SCCm的02在功率为60W，反应室气压为2Pa的条件下对 衬底进行12min的清洗刻蚀，随后使用SFjP02的混合气体，对衬底在附表1参数条件下深 刻蚀，共刻蚀24h，所得刻蚀图形完整，深度为72ym，刻蚀速率为55?70nm/min，刻蚀表面 无微掩膜效应，即得到光滑的刻蚀表面。
[0016] 步骤8,移除Si片和金属掩膜：将衬底取出浸泡于丙酮溶液中15min，超声15min， 可移除Si片；再将衬底置于HCl=HNO3:H2O= 1:1:3的溶液中浸泡60min，超声25min，移除 金属掩膜。
[0017]
【主权项】
1. 一种基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于，厚度为110? 130 y m，双面抛光，通过反应离子刻蚀制备深度为72 y m，直径为1600 y m的圆形应变膜片， 刻蚀速率为55?70nm/min，包括如下步骤； 步骤1准备SiC衬底片； 步骤2光刻图形化； 步骤3瓣射种子层Ni/化/Au ; 步骤4套刻图形化； 步骤5电锻金属掩膜层Ni ; 步骤6粘合Si片； 步骤7反应离子刻蚀图形化； 步骤8移除Si片和金属掩膜。
2. 如权利要求1所述的基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于，所述 步骤ISiC衬底片为经过PVT法生长的晶锭经定向、切割、双面抛光，双面CMP抛光得到的3 寸的工业化晶片，，切取3X2cm 2的衬底片进行半导体RCA工艺清洗。
3. 根据权利要求1所述的基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于，所 述步骤2光刻图形化，通过匀胶机在衬底上均匀旋涂1 y m厚的光刻胶，将其置于烘胶台进 行5min前烘，随后使用紫外光刻机对其进行图形化，显影后进行lOmin坚膜。
4. 根据权利要求1所述的基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于，所 述步骤3瓣射种子层Ni/化/Au ;使用超高真空磁控瓣射设备，射频祀位，75W，28°C，Ar流量 30sccm,，沉积室压强0. 35化，衬底转速60rad/min，900s，沉积一层Ni层，25皿?30皿；同 样设备条件下，射频祀位，80W，28°C，Ar流量lOsccm，沉积室压强0. 5Pa，衬底转速60rad/ min, 1800s，沉积一层Cr层40nm?50nm ;同样设备条件下，射频祀位，75W，28°C，Ar流量 30sc畑1，沉积室压强0. 35化，衬底转速60rad/min，1800s，沉积一层Au层100皿。
5. 根据权利要求1所述的基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于，所 述步骤4套刻图形化；将瓣射种子层后的衬底浸泡于丙酬溶液中5min，置于超声池内超声 3min，随后浸泡于己醇99%溶液中并超声15min，然后取出衬底馬吹干，重复步骤2光刻图 形化。
6. 根据权利要求1所述的基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于，所 述步骤5电锻金属掩膜层Ni ;配制电锻液，准备4 X 4cm2的Ni块祀材，控制条件为工作电流 密度保持在0. lA/dm2,电锻时间为lOmin，电锻一层Ni层，厚度为2 ym?2. 3 ym。
7. 根据权利要求1所述的基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于，所 述步骤6粘合Si片：双面抛光，进行半导体RCA工艺清洗，旋涂光刻胶，将步骤4所得电锻 Ni掩膜的衬底浸泡于丙酬溶液中5min，置于超声池内超声3min，随后浸泡于己醇99%溶液 中并超声15min，然后取出衬底放置于通风厨内待己醇完全挥发，将衬底片与Si片粘合，置 于烘胶台lOmin坚固光刻胶。
8. 根据权利要求1所述的基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于，所 述步骤7反应离子刻蚀图形化：使用RIE-20(ML设备，将步骤6所得衬底置于准备室内，首 先使用40sccm的化在功率为60W，反应室气压为2化的条件下对衬底进行12min的清洗刻 蚀，随后使用SFe和0 2的混合气体，SF日;0 2= 50sccm: lOsccm，在功率为200W，反应室气压为 10化的条件下对衬底进行深刻蚀，共刻蚀23h，所得刻蚀图形完整，深度为72 y m，刻蚀速率 为55?70nm/min，刻蚀表面无微掩膜效应，即得到光滑的刻蚀表面。
9.根据权利要求1所述的基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，其特征在于， 所述步骤8移除Si片和金属掩膜：将衬底取出浸泡于丙酬溶液中15min，超声15min，可移 除Si片；再将衬底置于肥1:歴〇3:&0 = 1:1:3的溶液中浸泡60min，超声25min，移除金属 掩膜。
【专利摘要】本发明一种基于SiC衬底片深刻蚀光滑表面的加工工艺，涉及宽禁带半导体材料深刻蚀技术领域。其包括对衬底进行清洗；光刻图形转移技术在SiC衬底片上进行图形化；超高真空磁控溅射种子层Ni/Cr/Au，实现金属图形化；通过种子层增强衬底导电性；电镀形成微米级厚的刻蚀掩膜层Ni；衬底片与Si片粘合；使用RIE深刻蚀形成深度为72μm的圆形应变膜片；移除Si片和金属掩膜等步骤。本发明具有制备方法简单、操作流程简洁、条件可控等特点。为电子工业产品市场需求宽禁带、高击穿电场、高热导率和高饱和电子漂移速率等特性的高温、高功率、高频、低损耗器件提供技术物质基础。
【IPC分类】H01L21-02
【公开号】CN104599949
【申请号】CN201410848217
【发明人】刘益宏, 赵高杰, 孙玉俊, 廖黎明, 程越, 刘少雄, 陈之战
【申请人】上海师范大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月30日