一种湿法腐蚀三族氮化物的方法

文档序号:9789069
一种湿法腐蚀三族氮化物的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件技术领域,尤其涉及一种湿法腐蚀三族氮化物的方法。
【背景技术】
[0002]以氮化镓为代表的三族氮化物(II1-N)属于宽禁带半导体材料,也被称为“第三代半导体材料”,在传感器和功率电子等领域具有广泛的应用。
[0003]在半导体器件的加工过程中,经常需要对材料进行图形化加工,往往通过刻蚀(干法)或腐蚀(湿法)手段。湿法腐蚀具有成本低、操作简便、腐蚀速率可控、材料腐蚀选择比高和适于批量生产等优点。
[0004]半导体器件的刻蚀方法如电化学腐蚀、氧等离子体刻蚀(干法)以及热氧化腐蚀等。但是,电化学腐蚀需要复杂的设备和操作工艺,且受材料成分影响很大;另外,电化学腐蚀速率过高,往往不适用于半导体器件的加工。氧等离子体刻蚀三族氮化物速率过慢,设备复杂,导致成本过高,且不适于大规模批量生产。热氧化腐蚀方法需要高温操作(600°C以上),不适于半导体器件加工。
[0005]CN 103361643A公开了一种GaN腐蚀液,包括尚子液体以及、强酸或强碱,其中尚子液体的重量占比为51 %?90 %,强酸或强碱的重量占比为1 %?49 %。所述的离子液体的阴离子可选自OH—、P04—、BF4—或PF6—XN 103872190A公开了一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法,包括以下步骤:I)在蓝宝石晶片上生长非掺杂氮化镓;2)将步骤I)生长了非掺杂氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱性溶液,之后取出用离子水清洗甩干;3)将步骤2)清洗甩干后的蓝宝石晶片再进行生长;4)将GaN基键合在硅基板上,利用高温晶格失配应力剥离蓝宝石基片。但是,所述湿法腐蚀技术均无法稳定可控的腐蚀三族氮化物材料,腐蚀过程和腐蚀效果受诸多因素影响,无法获得可重复性良好的腐蚀效果。
[0006]王晓晖等人(Influence of wet chemical cleaning on quantum efficiencyof GaN photocathode,Chin.Phys.B,2013,22(2):027901)报道了使用体积比为2:2:1硫酸溶液(98 % )、过氧化氢溶液(30 % )和去离子水;或者盐酸溶液(37 % );或者体积比为4:1的硫酸溶液(98 % )和过氧化氢溶液(30 % )对GaN进行表面清洗;并提到了采用溶液法去除GaN表面自然形成的氧化层。并且刘等人报道了三族氮化物可以在常温下被氧化(“A SimpleGate-Dielectric Fabricat1n Process for AlGaN/GaN Metal-Oxide-SemiconductorHigh-Electron-Mobility Transistors”,IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,2012,33(7):997-999)。但是,目前并没有一种完全的湿法腐蚀三族氮化物的方法。

【发明内容】

[0007]针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种湿法腐蚀三族氮化物的方法,所述方法腐蚀过程无需高温环境,腐蚀速率适中,腐蚀深度高度可控,成本低,操作简便,适于三族氮化物半导体器件的大规模生产。
[0008]为达此目的,本发明采用以下技术方案:
[0009]一种湿法腐蚀三族氮化物的方法,所述方法为:先用氧化剂溶液将三族氮化物中的金属元素氧化为金属氧化物,再用氧化物腐蚀液将金属氧化物去除,即得到腐蚀后的三族氮化物。
[0010]所述氧化只会发生在三族氮化物表层及表层以下的一定深度(几个至十几个纳米),具体深度和反应速率会受材料成分影响;所述氧化物的去除不会损伤氧化物之下的氮化物材料。
[0011]本发明提供的腐蚀三族氮化物的方法,只需溶液腐蚀环境,腐蚀过程无需高温,可在100°C以下,甚至常温下进行,对工艺和设备要求低,适于大规模生产。
[0012]所述氧化剂溶液为H2O2溶液、H2SO4溶液或臭氧水中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合为:H2O2溶液与H2SO4溶液,H2O2溶液与臭氧水,H2O2溶液、H2SO4溶液与臭氧水。氧化剂溶液氧化三族氮化物的速度适中,既不会过慢从而导致操作复杂和成本上升,也不会过快导致速率不可控;且适中的腐蚀速率可以获得良好的材料表面,材料在腐蚀后表面平整,无损伤。
[0013]优选地,所述H2O2溶液中H2O2的质量百分含量为30-50%,如32%、33%、35%、36%、37%、40%、42%、45% 或 48% 等。
[0014]所述氧化在10_35°C的条件下进行。在满足具体应用需要的前提下,适当提高氧化的温度可以提高氧化和腐蚀的速率。
[0015]实际应用中,可先在三族氮化物表面形成图案化掩膜层再用氧化剂溶液氧化。以使得腐蚀后的三族氮化物表面具有一定的图形。所述图案化掩膜层可通过常规的半导体光刻工艺得到。如无需图形化,则无需制备掩膜层,直接对三族氮化物表面进行刻蚀即可。
[0016]所述掩膜层的材料可为普通的光刻胶,也可以是其它的硬质材料如氧化硅、氮化硅或金属中的任意一种或至少两种的组合。
[0017]所述氧化物腐蚀液包括但不局限于强酸溶液或强碱溶液。所述氧化物腐蚀液具有较高的材料腐蚀选择性,只对氧化物进行腐蚀,不会损伤氧化物之下的氮化物材料。
[0018]作为优选的技术方案,所述氧化物腐蚀液为HCl溶液或KOH溶液。
[0019]优选地,所述HCl溶液由体积比为1-10:1的H2O和质量百分含量为36 %的HCl溶液混合得到,如体积比为2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1或9:1等。
[0020]为了提高腐蚀效率,可结合氧化物腐蚀液和等离子体刻蚀技术去除所述金属氧化物。
[0021 ]所述三族氮化物为GaN、AlN、InN或三元三族氮化物中的任意一种或至少两种的组合。所述三元三组氮化物可为InGaN。典型但非限制性的组合为:GaN与A1N,A1N与InN,InN与三元三族氮化物,6314^与1_,6314故、1_与三元三族氮化物。
[0022]所述方法中三族氮化物的氧化和金属氧化物的去除反复进行,直到达到所需的腐蚀深度。所述三族氮化物的氧化和氧化物的去除可在100°C以下进行,其氧化速度较慢,每次氧化可氧化几个或十几个纳米深的三族氮化物,因此,比较容易控制刻蚀的深度;如需刻蚀很深的深度,则可将氧化和去氧化反复进行,以达到所需的深度。
[0023]与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0024]1、本发明提供的三族氮化物的腐蚀方法为纯粹的湿法腐蚀,全过程不涉及复杂的操作设备,只需溶液腐蚀环境,操作简便,成本低,适于大规模生产。
[0025]2、本发明提供的三族氮化物的腐蚀方法,其腐蚀速率适中,既不会过慢从而导致操作复杂和成本上升,也不会过快导致速率不可控;且适中的腐蚀速率可以获得良好的材料表面,材料在腐蚀后表面平整,无损伤。
[0026]3、本发明提供的三族氮化物的腐蚀方法,其腐蚀过程无需高温环境,可以在100°C以下,甚至是常温操作,对工艺和设备要求低,具有成本优势。
[0027]4、本发明提供的三族氮化物的腐蚀方法,其对三族氮化物的腐蚀深度高度可控,可以精确到纳米级别,腐蚀的均匀性和可重复性高,对于半导体器件的加工尤为重要,尤其适用于腐蚀深度在几十纳米以下的器件。
【附图说明】
[0028]图1是本发明一种实施方式提供的三族氮化物的腐蚀工艺流程图。
[0029]图2是实施例1提供的AlGaN/GaN外延片结构的切面示意图。
[0030]图3是实施例1提供的腐蚀AlGaN/GaN外延片的流程图,其中,图3a为表面形成图形化的掩膜层的AlGaN/GaN外延片结构示意图;图3b为用氧化剂溶液氧化之后的AlGaN/GaN外延片结构示意图;图3c为用氧化剂腐蚀液腐蚀后的AlGaN/GaN外延片结构示意图;图3(1为腐蚀深度截止在GaN覆盖层的AlGaN/GaN外延片产品结构示意图。
[0031 ]图4是实施例2提供的
再多了解一些
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