[发明专利]一种碳化硅晶片腐蚀的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于新材料晶体加工领域，具体涉及一种碳化硅晶片的腐蚀方法和装置。

背景技术

碳化硅(SiC)被称为继硅(Si)和(GaAs)之后的第三代半导体材料之一。由于具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、抗辐射、耐腐蚀等性能使其在高温、大功率、高频率电子器件领域有着广泛的应用前景，成为“极端电子学”领域的基础材料。能够广泛应用于航空航天、核动力、矿物开采、化学工程和车船制造等领域。

碳化硅材料虽然具有广阔的发展前景，也引起了广泛地研究兴趣。但进一步的发展和应用受到晶体材料中高密度的缺陷的限制。缺陷是晶体在生长过程中由于热应力或杂质等因素导致的与理想结构发生偏差的区域。影响半导体性能的晶体缺陷主要包括微管、位错和小角晶界。这三类缺陷对晶体材料的各项特性有着严重的影响，极大地制约了所制备电子器件的性能。实现对碳化硅晶体中缺陷的准确检测，是降低缺陷密度、提升材料性能的前提，也是高性能器件制备的必要条件。对于推动碳化硅生长工艺和电子器件制备工艺的发展有着重要的意义。

湿法腐蚀是研究碳化硅晶体缺陷的主要方法，由于其成本低、实验步骤简单和对样品形状无要求而得到了广泛地应用。但由于碳化硅晶体化学性质非常稳定，几乎不受常规腐蚀剂的侵蚀。目前以熔融碱或盐作为腐蚀剂是最常用的方法，其中KOH及KOH与NaOH混合物的应用最为广泛，但存在腐蚀能力差，腐蚀速率较慢的缺陷。当前所采用的装置同样存在许多不足，比如每次只能对一枚晶片进行腐蚀，对能源和腐蚀剂的利用率低，腐蚀过程中的安全防护不足，腐蚀结束时不能及时去除样品表面的腐蚀剂等。

因此，为了实现对碳化硅晶片的高效、安全和快速的腐蚀，有必要建立一种克服了之前缺陷的腐蚀方法和装置，实现对多枚晶片的同时腐蚀，腐蚀速率高且安全性好。

发明内容

根据现有技术存在的不足和空白，本发明的发明人提供了一种碳化硅晶片的腐蚀方法和装置，其最主要的是提供了一种全新的混合腐蚀剂和全新的腐蚀装置，其中所采用的混合腐蚀剂由KOH、NaOH与氟盐三种组分构成，而所采用的腐蚀装置则通过全新的晶片承载装置实现了同时对多片晶片进行腐蚀操作；综合上述的改进，本发明的技术方案实现了对多片晶片的同时腐蚀，提高能量和腐蚀剂利用率，实现了对腐蚀时间和腐蚀温度的更精确控制，改善了整体装置的安全性，提高了实际腐蚀速率。

本发明的具体技术方案如下：

发明人首先提供了一种全新的腐蚀剂，其由KOH、NaOH与氟盐三种组分构成，

其中所述氟盐包括NaF、KF、CaF₂中的一种或几种；

所述氟盐在腐蚀剂中的摩尔分数为1～50%；同时所述腐蚀剂中KOH、NaOH的摩尔比为1:1；

与现有技术中采用的腐蚀剂相比，本发明的腐蚀剂配方中主要不同在于氟盐的加入；氟盐与KOH和NaOH一起混合，一同被融化形成腐蚀剂熔体，以熔体的形式发挥作用；

由于在腐蚀剂对碳化硅晶片的腐蚀过程中会在晶片表面生成SiO₂，SiO₂在现有的腐蚀剂中的溶解和扩散速率较慢，从而限制了腐蚀剂与碳化硅的接触，降低腐蚀反应的速率。所加入的氟盐在熔融态的腐蚀剂中以离子状态（F^-）存在，F-的存在能够在很大程度上提高SiO₂的溶解和扩散速率，从而改善腐蚀剂与碳化硅的接触，提高腐蚀反应速率；且控制上述的氟盐用量可以很好的与KOH和NaOH配合，起到最佳的腐蚀效果。

具体使用该腐蚀剂时，可以根据对腐蚀速率的不同要求来调整腐蚀剂中各组分的比值，但是调整的范围均在上述的氟盐种类和含量范围内。

利用上述的腐蚀剂，发明人提供了与之对应的碳化硅晶片的腐蚀方法，具体步骤如下:

1.将配比好的腐蚀剂放入坩埚，腐蚀剂的量保证在熔融后能够浸没全部样品即可，同时将热电偶放入保护装置中，并将其放入坩埚内，且底部浸入腐蚀剂内；

2.将坩埚放入电阻炉中温场均匀区域，设置电阻炉温度为200～600℃；关闭炉门，开始升温，达到预定温度后，继续保温0.5～4h以使腐蚀剂彻底熔融并混合均匀；

3.待保温结束后，将待腐蚀晶片装入承载装置中，并将其放入坩埚中，确保腐蚀剂熔体浸没全部晶片，关闭炉门开始腐蚀，腐蚀时间1～60min；

4.腐蚀完成后将晶片连同承载装置取出，冷却清洗，即可进行检测，验证腐蚀的效果。