[发明专利]一种非对称半导体结构的制备方法

说明书

本发明公开了一种非对称的半导体结构的制备方法，所述图案具有周期性或非周期性的图形，且图形两侧、图形周边或相邻图形间距大小不等。然后对衬底材料进行刻蚀，形成第一级沟槽图形，并在底部和侧壁形成钝化保护层，然后去除第一沟槽图形底部的钝化保护层，保持水平表面的正常刻蚀，形成第二级沟槽图形。通过重复上述步骤形成多层沟槽图形，最终形成非对称的半导体结构，且图形密度和相邻图形间距差距越大，非对称趋势越明显。本发明通过结构设计，利用深宽比依赖刻蚀效应(ARDE)，能够极大地克服现有加工方法的限制，并且无须引入复杂冗长的工艺步骤，即可采用常规的加工手段一次性地得到非对称的半导体结构。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，更具体地说，涉及一种利用深宽比依赖刻蚀效应(ARDE)制备非对称的半导体结构的方法。

背景技术

光子晶体(photonic crystals，PhC)是具有不同介电常数或折射率的介质材料在一维、二维或三维方向上呈周期性有序排列构成的结构，从而对特定波长的光的传播起到选择性阻碍和控制作用的材料。由于其独特的光子带隙结构和光子局域特性，光子晶体在高反射镜、滤波器、分光装置、光波导、光纤、微型激光器、传感器、微波天线、海量储存与计算以及非线性光学等方面有着广泛的应用前景。

在现代电信中，光能在几秒钟内传输数千米的数字信息。适配的光学材料可有效控制光信号，材料的光学特性会受到特定结构化的决定性影响。硅可以被用于通讯元件，如过滤器或偏转器。然而，到目前为止，这些元件基本上都是平面的，即二维的。使用三维结构来制造光子晶体完全是可行的，然而采用一般的方法制造满足光子晶体需求的三维结构所需的成本比较高。

现行的大多数半导体结构基本上都是通过光刻和刻蚀得到，尽管容易得到尺度较小且高可靠的结构，而且在整个晶圆上也可以获得非常优良的工艺均匀性，但是它们往往都是对称性的结构，即在图形的不同侧面表现出对称的特点。在一些应用上，如光子晶体、医药传输系统上的结构如微针、半导体集成电路器件、传感器件等，会对非对称的结构有特别的需求，采用常规的加工方法需要借助于多次光刻和刻蚀，分步制备出满足要求的不同结构来，这明显增加了工艺复杂性，加大了工艺成本和控制难度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种非对称的半导体结构的制备方法，即利用深宽比依赖刻蚀效应(Aspect Ratio Dependent Etching，ARDE)，通过结构设计，可以一次性的加工出满足要求的非对称半导体结构。具体包括如下步骤：

S1：在半导体衬底上使用光刻胶和/或硬掩模定义好光刻图案，上述图案具有周期性或非周期性的多种图形，且图形两侧、图形周边或相邻图形间距大小不等；

S2：通入第一刻蚀性气体对上述定义的图案进行刻蚀，形成第一级沟槽图形；

S3：通入钝化性气体在上述第一级沟槽图形底部和侧壁形成一钝化保护层；

S4：通入第二刻蚀性气体去除第一沟槽图形底部的钝化保护层，并保留侧壁的钝化保护层；

S5：周期性重复步骤S2-S3形成第二级沟槽图形、第三级沟槽图形……第N级沟槽图形，形成非对称半导体结构；

S6：清除残留在所述非对称半导体结构上所述钝化保护层、光刻胶和/或掩模层，形成最终的非对称的半导体结构。

优选地，上述图案可以为周期性或非周期性的线条形、圆形、椭圆形或不规则图形。

优选地，上述图案中图形密度和相邻图形间距差距越大，非对称趋势越明显，优选地，相邻间距大小为3倍以上的关系。

优选地，上述半导体衬底选自Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、SOI以及包括InAs、GaN、GaAs和InP在内的III/V化合物半导体。