专利名称：InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件或部件的制造或处理技术领域，尤其是InAlN材料的腐蚀方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，选择腐蚀技术中是一项关键的技术，如GaAs HBT器件制造工艺中的GaAs对InGaP的选择腐蚀终止于InGaP，GaAs PHEMT器件制造工艺中的GaAs对 AlAs的选择腐蚀终止于AlAs等。在宽禁带半导体中，由于fei-N，Al-N, 等的结合键能很强，导致宽禁带半导体(半导体由In，Ga, Al，N至少两种元素以上组成)具有极强的化学稳定性，湿法化学腐蚀较为困难，特别是对(0001)面GaN的腐蚀。上世纪九十年代末，人们发现了加热的含KOH碱性溶液能够对InxAlN (0 ^ X < 1)进行腐蚀，而对含( 的宽禁带半导体材料(如GaN、InxGaNaixGaN)不腐蚀或腐蚀极慢。但是这种选择性的腐蚀其速率强烈地依赖于^xAlN晶体的质量，存在对高质量晶体腐蚀速度慢，InxAlN的去除效果不好， 如表面粗糙、有残留等问题，这会影响这种腐蚀技术在半导体制造工艺中的实际应用。数字腐蚀的概念是于1999年第一次由Bozada等人针对GaAs的腐蚀工艺提出的， 见美国专利US6004881。数字腐蚀基于如下的概念把原先GaAs腐蚀中氧化腐蚀过程分解为氧化和腐蚀，一个腐蚀循环过程是包括两步工艺，一步是利用扩散限制原理用H2A水冲洗对半导体进行氧化，第二步是用腐蚀液对半导体表面的氧化层有选择性的去除，经过数次循环过程实现对半导体的腐蚀。本申请提出了一种酸碱交替的二元准数字腐蚀方法，解决了上文提及的InAlN选择腐蚀工艺存在的表面粗糙、有残留等工艺问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法， 解决了现有技术中湿法化学选择腐蚀去除^xAlN层时表面粗糙、有残留的工艺问题。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是=InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，包括以下步骤
(1)碱性腐蚀液腐蚀InxAlN 将待腐蚀^xAlN晶圆片用碱性腐蚀液腐蚀，碱性腐蚀液为一切能腐蚀MxAlN材料的碱性溶液；碱性腐蚀液腐蚀MxAlN的温度T为30°C < T < 100°C， 0 ^ χ < I0碱性腐蚀液腐蚀MxAlN后用去离子水冲洗MxAlN晶圆片，再用氮气吹干。(2)酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物用酸性腐蚀液腐蚀^ixAlN晶圆片，酸性腐蚀液为HCl、HF、H3PO4或HNO3的水溶液；酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物的温度T为OV < T 彡 100°C,0 彡 χ < 1。酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物后用去离子水冲洗^xAlN晶圆片，再用氮气吹干。(3)按先步骤(1)后步骤(2)的顺序或先步骤(2)后步骤(1)的顺序循环至达到腐蚀要求，循环结束于步骤(1)或步骤(2)。
InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀对象为hxAlN对GaN、AlxGaN, InxGaN或 InAlGaNjO 彡 X < 1。对于InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，可以从碱性腐蚀液腐蚀LxAlN开始，也可以从酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物开始；同时腐蚀过程可以在碱性或酸性腐蚀溶液腐蚀后结束，最后一次腐蚀过程可以为半个循环。用碱性溶液腐蚀^xAlN过程中，用原子力显微镜(AFM)在样品表面发现了颗粒状残余物如图1所示。这种颗粒状残余物不溶于碱性溶液，对腐蚀起到了阻碍作用，影响腐蚀效果。但是酸性溶液可以对这种颗粒状残余物有选择的去除，碱性溶液腐蚀后再用酸性溶液腐蚀去除颗粒状残余物后如图2所示。hxAlN/GaN结构^xAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀完成后的GaN表面如图3所示，其粗糙度(RMS)可以小于0. 5nm，可以看见feiN的分子台阶。采用上述技术方案所产生的有益效果在于
解决了现有技术中湿法化学选择腐蚀去除^xAlN层时表面粗糙、有残留的工艺问题， 实现高质量的选择腐蚀。可应用于在^xAlN相关器件的制造工艺，如带有腐蚀终止层栅挖槽工艺、以MxAlN为牺牲层MEMS器件制造工艺和外延层剥离工艺等。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图1是碱性溶液腐蚀后的InAlN表面；
图2是碱性溶液腐蚀后再用酸性溶液腐蚀去除颗粒状残余物后的InAlN表面； 图3是hxAlN/GaN结构^xAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀完成后的GaN表面。图1、图2、图3为同一原子力显微镜(AFM)在同一样品，同比例放大的图片，其他观测参数均相同。
具体实施例方式实施例1
1、碱性腐蚀液腐蚀^xAlN 将晶圆片用10wt%的KOH水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度为 85°C，用去离子水冲水5min，氮气吹干。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用5wt%的HCl水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度22 °C，用去离子水冲水5min，氮气吹干。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对MxAlN的选择腐蚀，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)为0. 8nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/GaN异质结构的晶圆片，x=0. 17。实施例2
1、碱性腐蚀液腐蚀^xAlN 将晶圆片用8wt%的NaOH水溶液腐蚀2min，腐蚀温度为 700C，用去离子水冲水6min，氮气吹干。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用10衬％的冊水溶液腐蚀:3min，腐蚀温度15 °C，用去离子水冲水％iin，氮气吹干。
3、循环进行步骤1和步骤2至完成对MxAlN的选择腐蚀，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)为0. 9nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/GaN异质结构的晶圆片，x=0. 17。实施例3
1、碱性腐蚀液腐蚀MxAlN 将晶圆片用15wt%的TMAH水溶液腐蚀3min，腐蚀温度为 85°C，用去离子水冲水5min，氮气吹干。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用10wt% WH3PO4水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度80 °C，用去离子水冲水5min，氮气吹干。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对MxAlN的选择腐蚀，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)为1. lnm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/GaN异质结构的晶圆片，x=0. 17。实施例4
1、碱性腐蚀液腐蚀^xAlN 将晶圆片用10wt%的KOH水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度为 65°C，用去离子水冲水3min，氮气吹干。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用6wt%的HNO3水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度30 V，用去离子水冲水5min，氮气吹干。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对MxAlN的选择腐蚀，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)为0. 8nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/GaN异质结构的晶圆片，x=0. 17，晶圆片上有Si3N4腐蚀掩模。实施例5
1、碱性腐蚀液腐蚀^xAlN 将晶圆片用8wt%的NaOH水溶液腐蚀2min，腐蚀温度为 90 "C。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用10wt%的HCl水溶液腐蚀3min，腐蚀温度25 °C。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对MxAlN的选择腐蚀，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)为1. 2nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/GaN异质结构的晶圆片，x=0. 15，晶圆片上有Si3N4腐蚀掩模。实施例6
1、碱性腐蚀液腐蚀hxAIN (X=0，A1N):将晶圆片用15wt%的TMAH水溶液腐蚀3min，腐蚀温度为75°C。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用10wt% WH3PO4水溶液腐蚀Imin，腐蚀温度40 °C。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对AlN的选择腐蚀，完全去除AlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)为0. 95nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有AIN/GaN异质结构的晶圆片。实施例7
1、碱性腐蚀液腐蚀^xAlN 将晶圆片用8wt%的NaOH水溶液腐蚀2min，腐蚀温度为 IOO0C，用去离子水冲水6min，氮气吹干。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用10衬％的冊水溶液腐蚀3min，腐蚀温度5 V，用去离子水冲水％iin，氮气吹干。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对hxAlN的腐蚀，完全去除hxAlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)为0. 45nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/GaN异质结构的晶圆片，x=0. 17。实施例8
1、碱性腐蚀液腐蚀MxAlN 将晶圆片用15wt%的TMAH水溶液腐蚀3min，腐蚀温度为 35°C，用去离子水冲水5min，氮气吹干。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用10wt% WH3PO4水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度100 °C，用去离子水冲水5min，氮气吹干。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对hxAlN的腐蚀，完全去除hxAlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)为0. 65nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/IniUGaN异质结构的晶圆片，x=0. 17。实施例9
1、碱性腐蚀液腐蚀^xAlN 将晶圆片用10wt%的KOH水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度为 65°C，用去离子水冲水3min，氮气吹干。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用6wt%的HNO3水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度30 V，用去离子水冲水5min，氮气吹干。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对hxAlN的腐蚀，完全去除hxAlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)SO. 7nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/InxfeiN异质结构的晶圆片，x=0. 17，晶圆片上有Si3N4腐蚀掩模。实施例10
1、碱性腐蚀液腐蚀^xAlN 将晶圆片用8wt%的NaOH水溶液腐蚀2min，腐蚀温度为 100°C。2、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将上述第1步后的晶圆片用10衬％的冊水溶液腐蚀:3min，腐蚀温度5 °C。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对hxAlN的腐蚀，完全去除hxAlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)为1.3nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有hxAlN/AlxGaN异质结构的晶圆片，x=0. 15，晶圆片上有Si3N4腐蚀掩模。实施例11
1、酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物将晶圆片用10wt% WH3PO4水溶液腐蚀lmin，腐蚀温度 100 0C。2、碱性腐蚀液腐蚀MxAlN 将上述第1步后的晶圆片用15wt%的TMAH水溶液腐蚀 3min，腐蚀温度为;35°C。3、循环进行步骤1和步骤2至完成对AlN的腐蚀，完全去除AlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)为0. 75nm。晶圆片为在Si或SiC或sapphire或GaN上生长具有AIN/InAlGaN异质结构的晶圆片。
权利要求
1.InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，其特征在于包括以下步骤(1)碱性腐蚀液腐蚀^xAlN将待腐蚀^ixAlN晶圆片用碱性腐蚀液腐蚀，碱性腐蚀液为能腐蚀MxAlN材料的碱性溶液，01 ；(2)酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物用酸性腐蚀液腐蚀^xAlN晶圆片，酸性腐蚀液为 HCl、HF、H3PO4 或 HNO3 的水溶液，0 ^ χ < 1 ；(3)按先步骤(1)后步骤(2)的顺序或先步骤(2)后步骤(1)的顺序循环至达到腐蚀要求，循环结束于步骤(1)或步骤(2)。
2.如权利要求1所述的InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，其特征在于碱性腐蚀液腐蚀InxAlN的温度T为30°C< T彡100°C,0彡χ < 1。
3.如权利要求1所述的InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，其特征在于酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物的温度T为0°C< T < 100°C。
4.如权利要求1所述的InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，其特征在于步骤(1)中将待腐蚀InxAlN晶圆片用碱性腐蚀液腐蚀后用去离子水冲洗^xAlN晶圆片，再用氮气吹干，0彡χ < 1。
5.如权利要求1所述的InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，其特征在于步骤(2)中用酸性腐蚀液腐蚀^ixAlN晶圆片后用去离子水冲洗^ixAlN晶圆片，再用氮气吹干， 0 ^ χ < I0
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，其特征在于碱性腐蚀液为KOH、NaOH或TMAH的水溶液。
全文摘要
本发明公开了InAlN材料的酸碱交替选择湿法腐蚀方法，涉及半导体器件或部件的制造或处理技术领域，包括以下步骤(1)碱性腐蚀液腐蚀InxAlN将待腐蚀InxAlN晶圆片用碱性腐蚀液腐蚀，碱性腐蚀液为能腐蚀InxAlN材料的碱性溶液，0≤x＜1；(2)酸性腐蚀液清洗颗粒状残余物用酸性腐蚀液腐蚀InxAlN晶圆片，0≤x＜1；(3)按先步骤(1)后步骤(2)的顺序或先步骤(2)后步骤(1)的顺序循环至达到腐蚀要求，循环结束于步骤(1)或步骤(2)。本发明解决了现有技术中湿法化学选择腐蚀去除InxAlN层时表面粗糙、有残留的工艺问题，实现高质量的选择腐蚀。
文档编号H01L21/306GK102299066SQ20111028305
公开日2011年12月28日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者冯志红, 刘波, 房玉龙, 敦少博, 王晶, 邢东 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所