一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法技术

本发明专利技术涉及碳化硅刻蚀加工领域，尤其涉及一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，本发明专利技术通过在碳化硅晶圆片底面镀上贵金属层作为催化层和在碳化硅晶圆片的顶面沉积一层不与刻蚀剂反应的金属掩模，以实现高效的金属辅助光化学刻蚀，并且通过自组装不同直径的聚苯乙烯纳米微球来控制碳化硅纳米孔间距，通过控制等离子体刻蚀聚苯乙烯纳米微球的时间来控制碳化硅纳米孔孔径，通过控制金属辅助光化学刻蚀时间来控制孔深，以实现可控地制备碳化硅纳米孔阵列，解决了现有金属辅助光化学刻蚀的刻蚀速率缓慢的问题，和解决目前没有利用的金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的问题。列的问题。列的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅刻蚀加工领域，尤其涉及一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法。

技术介绍

[0002]碳化硅作为第三代半导体，由于其优异的物理、化学性能，被广泛应用于高温、高频以及大功率电子器件中。特别是在新能源汽车领域，碳化硅是功率芯片材料的首选。然而，由于碳化硅具有良好的化学稳定性，传统的湿法刻蚀方法难以对其进行有效的加工。因此，目前工业上大多采用干法刻蚀对碳化硅晶圆片进行加工，但由于其低的刻蚀选择性，容易导致衬底材料表面受损。而且，干法刻蚀需要抽真空和高温，使得其设备较为昂贵。而湿法刻蚀具有高的刻蚀选择性、操作简便以及成本低廉等优点。因此，亟需提出一种有效、可控的新型湿法刻蚀来加工碳化硅。
[0003]目前，较为有效刻蚀碳化硅的湿法刻蚀方法有：阳极刻蚀、金属辅助阳极刻蚀、光电化学刻蚀以及金属辅助光化学刻蚀。阳极刻蚀、金属辅助阳极刻蚀以及光电化学刻蚀都需要对衬底进行电接触，衬底接阳极，刻蚀液接阴极，通过施加一定的外部偏压，产生外部电场，使得衬底内部空穴在电场作用下聚集在衬底/刻蚀液界面，界面处空穴浓度得到提高，从而提高刻蚀速率，实现有效刻蚀碳化硅。但是由于电场分布不均匀，导致其刻蚀得到的孔或纳米线是随机分布的，并且其结构尺寸无法得到精确控制。
[0004]而金属辅助光化学刻蚀，是通过在衬底表面沉积一层贵金属，同时作为催化层和掩模，并对该表面进行紫外光照射，没有被贵金属层覆盖的区域则会被刻蚀。其刻蚀机理为：对于n型半导体来说，由于贵金属/半导体与刻蚀液/半导体的接触界面均产生接触电势差，在半导体表面会形成一个正的空间电荷区，并且与贵金属接触的半导体表面的接触势垒比与刻蚀液接触的半导体表面的接触势垒要高，因此，空穴会从高势垒处流向低势垒处，即空穴会聚集在与刻蚀液接触的半导体表面。同时紫外光照射半导体可在其表面产生光生空穴，这进一步提高与刻蚀液接触的半导体表面的空穴浓度，进而提高刻蚀反应速率。
[0005]由于金属辅助光化学刻蚀无须进行电接触和额外施加外部偏压，因此其加工流程更加简便。但是金属辅助光化学刻蚀存在刻蚀速率缓慢的缺点，并且，目前利用金属辅助光化学刻蚀制备碳化硅纳米孔阵列得到的纳米孔阵列的分布和尺寸难以控制。
[0006]为此，亟需提出一种高效可控的金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，使得其加工速率得到提高，并且加工的纳米孔阵列分布可控，尺寸大小可控。

技术实现思路

[0007]针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提出金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，通过在碳化硅晶圆片底面镀上贵金属层作为催化层和在碳化硅晶圆片的顶面沉积一层不与刻蚀剂反应的金属掩模，以实现高效的金属辅助光化学刻蚀，并且通过自组装不同直径的聚苯乙烯纳米微球来控制碳化硅纳米孔间距，通过控制等离子体刻
蚀聚苯乙烯纳米微球的时间来控制碳化硅纳米孔孔径，通过控制金属辅助光化学刻蚀时间来控制孔深，以实现可控地制备碳化硅纳米孔阵列，解决了现有金属辅助光化学刻蚀的刻蚀速率缓慢的问题，以及解决目前利用金属辅助光化学刻蚀加工的碳化硅纳米孔阵列的尺寸难以控制的问题。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，包括以下步骤：
[0010]步骤(1)：清洗碳化硅晶圆片；
[0011]步骤(2)：在清洗后的碳化硅晶圆片的顶面，自组装单层密堆积聚苯乙烯纳米微球；
[0012]步骤(3)：在碳化硅晶圆片的顶面沉积有不与刻蚀剂反应的金属掩模，碳化硅晶圆片的底面沉积有贵金属层；
[0013]步骤(4)：将步骤(3)后的碳化硅晶圆片浸泡在丙酮中，并进行超声波清洗；
[0014]步骤(5)：将步骤(4)得到的碳化硅晶圆片浸没于刻蚀液中，并对碳化硅晶圆片顶面照射紫外光，进行金属辅助光化学刻蚀；
[0015]步骤(6)：停止刻蚀反应，清洗碳化硅晶圆片，得到碳化硅纳米孔阵列。
[0016]进一步的，在进行所述步骤(3)前，利用等离子体对步骤(2)的碳化硅晶圆片顶面自组装的单层密堆积聚苯乙烯纳米微球进行刻蚀，单层密堆积聚苯乙烯纳米微球变成单层非密堆积聚苯乙烯纳米微球。
[0017]进一步的，所述步骤(3)中，所述金属掩模为Ti掩模、Pt掩模、Au掩模和Ag掩模中的一种；
[0018]所述贵金属层为Pt金属层或Ag金属层。
[0019]进一步的，所述步骤(3)中，所述金属掩模的厚度为7
‑
14nm，所述贵金属层的的厚度为20
‑
100nm。
[0020]进一步的，所述步骤(5)中，所述刻蚀液的原料包括H2O、HF和H2O2，所述H2O、所述HF和所述H2O2的体积比为21：6：5；
[0021]所述HF的质量分数为45
‑
52wt.％，所述H2O2的质量分数为25
‑
35wt.％。
[0022]进一步的，在所述步骤(2)中，将聚苯乙烯纳米微球胶体用匀胶机旋涂在碳化硅晶圆片顶面，形成单层密堆积聚苯乙烯纳米微球；
[0023]所述单层密堆积聚苯乙烯纳米微球的直径为50nm～1μm。
[0024]进一步的，所述步骤(5)中，紫外光波长为365nm，功率密度为2200mW/cm2。
[0025]进一步的，所述步骤(5)中，进行金属辅助光化学刻蚀的时间为5
‑
60min，得到孔深50
‑
642nm的碳化硅纳米孔阵列。
[0026]进一步的，在所述步骤(1)中，清洗碳化硅晶圆片的具体步骤为：分别用无水乙醇和去离子水超声清洗碳化硅晶圆片3
‑
7min，用氮气吹干后，再进行等离子体清洗3
‑
7min。
[0027]进一步的，在所述步骤(1)中，所述碳化硅晶圆片为5
×
5mm的N型碳化硅晶圆片。
[0028]上述技术方案具有以下有益效果：
[0029]1、本技术方案通过在碳化硅晶圆片顶面自组装单层密堆积聚苯乙烯纳米微球并利用等离子体刻蚀缩减其直径，再通过气相沉积技术在碳化硅晶圆片顶面沉积一层不与刻蚀液反应的金属层，获得一层带有阵列孔图案的模版，通过在碳化硅晶圆片底面沉积一层
贵金属层，为催化层，可大大提高金属辅助光化学刻蚀的速率，并将碳化硅晶圆片浸没于刻蚀液中，照射紫外光，金属辅助光化学刻蚀将模版图案转移至碳化硅晶圆片上，通过控制金属辅助光化学刻蚀时间来可控制碳化硅阵列的孔深，从而可控地加工出碳化硅阵列孔结构。
[0030]2、本技术方案通过等离子体对单层密堆积聚苯乙烯纳米微球进行刻蚀，得到的单层非密堆积聚苯乙烯纳米微球的直径随着等离子体刻蚀时间的增加而减小，可根据需求通过调节等离子体刻蚀时间，控制非密堆积聚苯乙烯纳米微球的直径，使得所制备的碳化硅纳米孔阵列的孔径尺寸大小可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：清洗碳化硅晶圆片；步骤(2)：在清洗后的碳化硅晶圆片的顶面，自组装单层密堆积聚苯乙烯纳米微球；步骤(3)：在碳化硅晶圆片的顶面沉积有不与刻蚀剂反应的金属掩模，碳化硅晶圆片的底面沉积有贵金属层；步骤(4)：将步骤(3)后的碳化硅晶圆片浸泡在丙酮中，并进行超声波清洗；步骤(5)：将步骤(4)得到的碳化硅晶圆片浸没于刻蚀液中，并对碳化硅晶圆片顶面照射紫外光，进行金属辅助光化学刻蚀；步骤(6)：停止刻蚀反应，清洗碳化硅晶圆片，得到碳化硅纳米孔阵列。2.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，其特征在于，在进行所述步骤(3)前，利用等离子体对步骤(2)的碳化硅晶圆片顶面自组装的单层密堆积聚苯乙烯纳米微球进行刻蚀，单层密堆积聚苯乙烯纳米微球变成单层非密堆积聚苯乙烯纳米微球。3.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述金属掩模为Ti掩模、Pt掩模、Au掩模和Ag掩模中的一种；所述贵金属层为Pt金属层或Ag金属层。4.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述金属掩模的厚度为7
‑
14nm，所述贵金属层的的厚度为20
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100nm。5.根据权利要求1所述的一种金属辅助光化学刻蚀碳化硅纳米孔阵列的加工方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述刻蚀液的原料包括H2O、H...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云，李梓健，董善坤，施达创，陈新，侯茂祥，高健，陈桪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：