一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺

本发明属于半导体，具体涉及一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺。

背景技术：

1、ga2o3半导体材料的禁带宽度高达4.5～5.3ev，在日盲波段具有较高的吸收系数；同时其还具备稳定性好、抗辐照能力强等诸多优点，是一种理想的日盲紫外和高能辐射探测材料。日盲紫外探测技术具有背景噪声低和灵敏度高的独特优点，可用于空间通信、生物医药、导弹制导及臭氧监测等领域，一直以来都是光电探测领域的研究重点；高能辐射探测在医学成像、公共场所安全检测、x射线空间通信以及物质微观结构分析等方面有着广泛而重要的应用。

2、目前，应用于日盲探测及x射线探测的氧化镓材料可为氧化镓单晶体、氧化镓薄膜以及氧化镓的纳米结构(微米带、纳米线等)。然而，氧化镓单晶体目前价格依然昂贵，纳米结构制作器件工艺难度大、重复性较差。因此，基于氧化镓薄膜的日盲及x射线探测器件不仅成本低、可控性高且具有优异的光电特性而备受关注。

3、在器件制备过程中，需要对氧化镓薄膜进行图形化，以便形成器件与器件之间的物理和电学隔离。目前，图形化氧化镓的方法主要有干法刻蚀和湿法刻蚀两种。其中，干法刻蚀具有刻蚀速率可以调控、图形化精度高、均匀性与重复性好等优点，但干法刻蚀设备昂贵、成本高，并且对材料的损伤较大。相对而言，湿法腐蚀不需要昂贵的设备、操作方便、刻蚀成本低、刻蚀速率较快。目前，氧化镓薄膜的湿法腐蚀工艺主要包括磷酸溶液加热腐蚀(130～150℃)、硫酸溶液加热腐蚀(120～190℃)、硝酸溶液加热腐蚀(120～150℃)。然而加热腐蚀，一方面会导致实验安全性降低，一方面会对掩膜层(特别是光刻胶)产生不可逆的损伤，导致掩膜层难以去除或者去除不完全。因此，为了减少高温腐蚀对光刻胶的影响，有必要开发一种常温湿法腐蚀方法以达到图形化氧化镓的方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有高温溶液湿法腐蚀氧化镓导致光刻胶变性难以去除以及图形变形(或漂移)的问题，提出一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，本发明先进行氧化镓薄膜的图形化，再进行热退火工艺，避免了高温退火后结晶化的氧化镓难以低温湿法腐蚀的缺点。该低温腐蚀工艺避免了氧化镓干法刻蚀的高成本，同时避免了氧化镓湿法刻蚀中，高温腐蚀液对光刻胶的恶性影响。

2、为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，具体包括以下步骤：

3、步骤s1、在衬底上制备一层非晶态氧化镓薄膜层；

4、步骤s2、通过光刻工艺在氧化镓层上形成图形化的光刻胶层；

5、步骤s3、湿法腐蚀去除不被光刻胶覆盖的氧化镓薄膜，腐蚀温度范围在20～50℃；

6、步骤s4、去除光刻胶后，得到图形化的氧化镓；

7、步骤s5、对图形化的氧化镓薄膜进行退火，用于不同器件的制备。

8、进一步的，步骤s1中所述的衬底是指蓝宝石衬底、石英衬底、单晶硅衬底、硅/氧化硅衬底、硅/高k氧化物介质层衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底以及pet、pi、ito等柔性衬底等。

9、进一步的，步骤s1的氧化镓薄膜层通过金属有机物化学气相沉积(mocvd)、脉冲激光沉积(pld)、原子层沉积(ald)、溶胶凝胶法(sol-gel)、雾化化学气相沉积(mist-cvd)、电子束蒸发(ebm)、磁控溅射(sputter)等方法形成的。

10、进一步的，所述步骤s1中的氧化镓薄膜层的生长温度不超过500℃。

11、进一步的，所述步骤s2中的光刻法具体步骤为：

12、步骤s2-1选用正性光刻胶涂覆在氧化镓薄膜层上；

13、步骤s2-2然后通过曝光和显影形成所述的图形化的光刻胶层。

14、进一步的，所述步骤s3中湿法腐蚀采用85％的磷酸或其稀释液、zx238显影液、氢氟酸或其稀释液中的一种。

15、进一步的，步骤s4中去除光刻胶所需溶液为丙酮或nmp，去胶温度在20～80℃，之后再用乙醇、去离子水(超声)清洗，氮气吹干。

16、进一步的，步骤s5中氧化镓薄膜退火温度不超过1100℃。

17、进一步的，步骤s5中得到的氧化镓薄膜为非晶态、或为微晶、或为多晶、或为单晶态。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明中氧化镓薄膜先经历了图形化，再进行一定温度的退火，以得到不同晶态的氧化镓薄膜，用于各类器件的制备。对于生长温度不高于500℃的氧化镓薄膜，薄膜形成后通常为非晶态。相比于多晶或单晶态，非晶态的氧化镓薄膜更易腐蚀，常温下磷酸溶液、氢氟酸溶液、az238显影液即可腐蚀，避免了腐蚀剂加热和高温对光刻胶的影响。氧化镓图形化之后再进行热退火工艺，以得到不同晶态的氧化镓薄膜，用于各类器件的制备。

19、另外，基于聚乙烯醇(pva)、聚酯(pet)、聚酰亚胺(pi)、聚萘二甲酯乙二醇酯(pen)等有机柔性衬底的氧化镓器件，由于基底不耐高温，因此寻找低温腐蚀工艺也是发展氧化镓柔性电子及光电子器件的一个重要方面。

技术特征：

1.一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：步骤s1中所述的衬底为蓝宝石衬底、或为石英衬底、或为单晶硅衬底、或为硅/氧化硅衬底、或为硅/高k氧化物介质层衬底、或为碳化硅衬底、或为氮化镓衬底，或为pet衬底、或为pi衬底、或为ito衬底。

3.根据权利要求1所述的一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：步骤s1的氧化镓薄膜层通过金属有机物化学气相沉积、或脉冲激光沉积、或原子层沉积、或溶胶凝胶法、或雾化化学气相沉积、或电子束蒸发、或磁控溅射方法形成的。

4.根据权利要求3所述的一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：所述步骤s1中的氧化镓薄膜层的生长温度不超过500℃。

5.根据权利要求1所述的一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：所述步骤s2中的光刻法具体步骤为：

6.根据权利要求1所述的一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：所述步骤s3中湿法腐蚀采用85％的磷酸或其稀释液、zx238显影液、氢氟酸或其稀释液中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：步骤s4中去除光刻胶所需溶液为丙酮或nmp，去胶温度在20～80℃，之后再用乙醇、去离子水(超声)清洗，氮气吹干。

8.根据权利要求1所述的一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：步骤s5中氧化镓薄膜退火温度不超过1100℃。

9.根据权利要求1所述的一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，其特征在于：步骤s5中得到的氧化镓薄膜为非晶态、或为微晶、或为多晶、或为单晶态。

技术总结
本发明一种图形化氧化镓薄膜的低温腐蚀工艺，属于半导体技术加工领域，解决现有高温溶液湿法腐蚀氧化镓导致光刻胶变性难以去除以及图形变形或漂移的问题，包括以下步骤：在衬底上形成氧化镓薄膜层；通过光刻工艺在氧化镓层上形成图形化的光刻胶层；湿法腐蚀去除不被光刻胶覆盖的氧化镓薄膜；去除光刻胶，得到图形化的氧化镓；对图形化的氧化镓薄膜进行一定的温度的退火，用于器件制备。本发明适用于低温生长的氧化镓薄膜的图形化，低温生长的氧化镓薄膜处于非晶态，更易于腐蚀；与常规工艺不同，本发明避免了高温退火后结晶化的氧化镓难以湿法腐蚀的缺点，以及氧化镓干法刻蚀的高成本，同时避免氧化镓湿法刻蚀中，高温腐蚀液对光刻胶的恶性影响。

技术研发人员：王少青,孙晓恒,赵严,刘祥泰,贾一凡
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27