一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法与流程

技术特征：

1.一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于：先利用飞秒激光对材料的辐照烧蚀作用，实现碳化硅的粗加工快速去除，随后用氢氟酸和硝酸混合溶液去除加工表面的杂质，再进行等离子体刻蚀精细加工，得到预期的微纳结构。

2.一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，清洗：将碳化硅晶圆片先后在丙酮和无水乙醇溶液中浸泡，超声清洗15-30分钟；

步骤2，飞秒激光辐照加工：将步骤1清洗过的碳化硅晶圆片放置于飞秒激光加工工作台上，按照程序设定好的加工路径，调节加工参数，使激光聚焦在材料表面并开始扫描加工；

步骤3，腐蚀：将经过步骤2激光加工完的碳化硅晶圆片浸入氢氟酸和硝酸的混合溶液中，先超声清洗15-20分钟，接着静置24小时；

步骤4，清洗：将步骤3腐蚀过的碳化硅晶圆片先后在丙酮和无水乙醇溶液中浸泡，超声清洗15-30分钟，去离子水冲洗后烘干；

步骤5，按照微纳加工工艺在步骤4清洗过的碳化硅晶圆片上图形化掩膜；

步骤6，对步骤5处理过的碳化硅晶圆片进行等离子体刻蚀，得到预期的微纳结构。

3.根据权利要求2所述的一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于：所述的碳化硅晶圆片为包括3c、4h或6h在内的任意一种晶型。

4.根据权利要求2所述的一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于：所述的碳化硅晶圆片为任意晶向。

5.根据权利要求2所述的一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于：所述的步骤2中飞秒激光辐照加工的加工结构为程序实现的任意一种结构形状，包括圆形形状和矩形形状等，例如：对于圆形形状结构，采用螺旋状路径逐层加工；对于矩形形状，采用弓字形路径逐层去除材料。

6.根据权利要求2所述的一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于：所述的步骤2中飞秒激光辐照加工的加工参数包括飞秒激光功率、扫描速度、扫描线间隔和扫描层数。

7.根据权利要求2所述的一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于：所述的步骤3中氢氟酸和硝酸体积浓度均在40％～70％范围内，且按照体积比1:1～1:5范围内的任意比例混合得到混合溶液。

8.根据权利要求2所述的一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于：所述的步骤6中等离子体刻蚀是指利用等离子体轰击材料表面实现材料去除的相关干法刻蚀，包括感应耦合等离子体刻蚀(icp)和反应离子刻蚀(rie)。

9.根据权利要求2所述的一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，清洗：取一片4寸n型导电4h-sic晶圆片，厚度为340μm，相对于<1120>晶向偏轴4.0°±0.5°，划片切割成1.5cm×1cm的小型样片备用，将其中一样片先后在丙酮和无水乙醇溶液中浸泡，超声清洗15-30分钟，去除表面杂质污染物并烘干；

步骤2，飞秒激光辐照加工方孔：用透明胶带粘贴样片的四角，将其固定在干净的毛玻璃片上；将粘贴有样片的毛玻璃载片放置在飞秒激光加工置物台上；钛：蓝宝石飞秒激光器中心波长为800nm,脉冲宽度小于120fs，设置程序为“弓字形”路径加工方孔，调试好加工程序后开始加工；飞秒激光的功率调节范围为30mw～80mw，扫描线间隔从2μm～4μm，扫描速度为2000μm/s,3000μm/s，4000μm/s，扫描层数为2～5层；

步骤3，腐蚀：将经过步骤2激光加工完的碳化硅样片浸泡在氢氟酸和硝酸的混合溶液中，先超声15分钟，接着静置24小时；所述的混合溶液是由体积浓度为68％的氢氟酸和体积浓度为45％的硝酸，按照1:1的比例混合后制成；

步骤4，清洗：将步骤3腐蚀过的碳化硅样片取出后，先后用丙酮和无水乙醇浸泡，超声清洗15分钟，去离子水冲洗后烘干，去除残留酸溶液及杂质；

步骤5，按照微纳加工工艺在步骤4清洗过的碳化硅晶圆片上图形化掩膜；

步骤6：对步骤5处理过的碳化硅样片进行感应耦合等离子体刻蚀(icp)，刻蚀厚度为40μm。

10.根据权利要求2所述的一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，清洗：取一片4寸n型半绝缘4h-sic晶圆片，厚度为500μm，晶向<0001>，划片切割成1.5cm×1cm的小型样片备用，将其中一样片先后用丙酮和无水乙醇溶液浸泡，分别超声清洗15-30分钟，去除表面杂质污染物并烘干；

步骤2，飞秒激光辐照加工圆孔：用透明胶带粘贴样片的四角，将其固定在干净的毛玻璃片上；将粘贴有样片的毛玻璃载片放置在飞秒激光加工置物台上；钛：蓝宝石飞秒激光器中心波长为800nm,，设置程序为“螺旋线”路径加工圆孔，调试好加工程序后开始加工；飞秒激光的功率调节范围为400mw～560mw，扫描速度为2000μm/s,3000μm/s，4000μm/s；

步骤3，腐蚀：将经过步骤2激光加工完的碳化硅样片浸泡在氢氟酸和硝酸的混合溶液中，先超声15-30分钟，接着静置24小时；所述的混合溶液是由体积浓度为68％的氢氟酸和体积浓度为45％的硝酸，按照1:1的比例混合后制成；

步骤4，清洗：将步骤3腐蚀过的碳化硅样片取出后，先后用丙酮和无水乙醇浸泡，超声清洗15-30分钟，去离子水冲洗后烘干，去除残留酸溶液及杂质；

步骤5，按照微纳加工工艺在步骤4清洗过的碳化硅晶圆片上图形化掩膜；

步骤6：对步骤5处理过的碳化硅样片进行感应耦合等离子体刻蚀(icp)，刻蚀厚度为40μm。

技术总结
一种等离子体刻蚀辅助激光加工碳化硅的方法，先利用飞秒激光对材料的辐照烧蚀作用，实现碳化硅的粗加工快速去除，随后用氢氟酸和硝酸混合溶液去除加工表面的杂质，再进行等离子体刻蚀精细加工，得到预期的微纳结构；本发明实现了碳化硅的高效高质量材料去除刻蚀，具有加工效率高，成本低，加工表面质量好等优点。

技术研发人员：方续东;吴晨;蒋庄德;前田龙太郎
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2019.08.27
技术公布日：2019.12.03