通過紫外線輔助光蝕刻技術(shù)實現(xiàn)的濕式蝕刻

引言

我們?nèi)A林科納使用K2S2O8作為氧化劑來表征基于KOH的紫外(UV)光輔助濕法蝕刻技術(shù)。該解決方案提供了良好控制的蝕刻速率，并產(chǎn)生了光滑的高質(zhì)量蝕刻表面，同時通過原子力顯微鏡測量的表面粗糙度降低最小。暴露于紫外線輻射時溶液酸堿度的變化被認為是獲得光滑蝕刻表面和可控蝕刻速率的關(guān)鍵:除非采取措施將酸堿度保持在12.0以上，否則蝕刻速率會急劇下降，這與蝕刻表面的總體粗糙化相一致。制造高質(zhì)量臺面隔離的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管證明了本技術(shù)的適用性。此外，此處呈現(xiàn)的蝕刻特征對碳摻雜層具有高選擇性，這將被證明在制造AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)雙極晶體管中是有用的。

介紹

AlGaN/GaN材料系統(tǒng)是制造功率異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管(HFETs)和最近的異質(zhì)結(jié)構(gòu)雙極晶體管(HBTs)的許多工作的焦點。由于氮化鎵固有的化學(xué)穩(wěn)定性，涉及(鋁，鎵)氮的器件制造工藝通常依賴于干法蝕刻方法1，已知干法蝕刻方法1會損壞表面，并在ⅲ-ⅴ族化合物的蝕刻表面和臺面?zhèn)缺谏弦腚姾煞@中心。2例如，(鋁， 直到最近，鎵氮材料一直阻礙著在AlGaN/GaN HFETs背景下的凹陷柵極工藝的發(fā)展，因為除非使用非常低的等離子體電壓，否則反應(yīng)離子蝕刻損傷會降低柵極擊穿電壓。3最近的工作表明，GaN甚至可能比GaAs對離子損傷更敏感，2濕法蝕刻仍然是柵極凹陷的一個非常有吸引力的選擇，因為可以很好地控制蝕刻速率，并且在含氫干化學(xué)中缺乏潛在的載流子鈍化效應(yīng)。 化學(xué)選擇性濕法刻蝕技術(shù)的可用性也將證明對這些器件的發(fā)展非常有用，該技術(shù)能夠在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)晶體管中的薄p型GaN基極層上停止刻蝕，而不會在發(fā)射極層引入復(fù)合中心。在這封信中，我們報道并描述了一種基于氫氧化鉀/K2S2O8的紫外(UV)光輔助濕法刻蝕技術(shù)，該技術(shù)可以產(chǎn)生光滑的刻蝕表面，并展示了它在臺面隔離AlGaN/GaN hfet制造中的應(yīng)用。

實驗

在國家微結(jié)構(gòu)科學(xué)研究委員會研究所，對生長在藍寶石襯底上的高質(zhì)量分子束外延氮化鎵外延層進行了蝕刻實驗。我們的蝕刻技術(shù)依賴于pH=12.56的氫氧化鉀溶液，向該溶液中加入0.02 M K2S2O8:用磁力攪拌器劇烈攪拌該溶液，并在在國家微結(jié)構(gòu)科學(xué)研究委員會研究所，對生長在藍寶石襯底上的高質(zhì)量分子束外延氮化鎵外延層進行了蝕刻實驗。我們的蝕刻技術(shù)依賴于pH=12.56的氫氧化鉀溶液，向該溶液中加入0.02 M K2S2O8:用磁力攪拌器劇烈攪拌該溶液，并在波長h=365納米。掩模材料是電子束蒸發(fā)的鉑(150埃)，通過傳統(tǒng)的光刻和剝離形成圖案，與使用1000埃的鉑或二氧化硅6在這種情況下不需要諸如N2起泡6的特殊規(guī)定。蝕刻是在室溫下完成的，除了由于紫外光源引起的適度溫度升高之外，沒有加熱，正如所看到的那樣。蝕刻后，通過在100℃H2O:鹽酸:硝酸(8:7:1)中浸泡3分鐘，可輕松去除鉑掩模，而不會損壞樣品表面。

圖1和圖2的結(jié)果表明，如果用這種方法去除厚層，則需要不斷補充蝕刻溶液(或以規(guī)則的間隔完全更換)，以補償酸堿度漂移。去除800–1000埃后，對所得氮化鎵表面的原子力顯微鏡測量顯示，均方根粗糙度為62埃，僅比53埃的原始均方根表面粗糙度略有增加。迄今為止，這種平滑且控制良好的蝕刻特性尚未通過非接觸式濕法蝕刻得到證明。相比之下，Youtsey等人的方法4需要將樣品物理連接到帶有鎳墊圈的外部電化學(xué)電池，并產(chǎn)生15的蝕刻表面均方根粗糙度。

發(fā)現(xiàn)當?shù)竭_摻碳氮化鎵緩沖層時，臺面蝕刻突然終止，因此當使用摻碳緩沖層時，提供了方便的自終止臺面蝕刻。一旦蝕刻在摻碳氮化鎵上終止，如果樣品留在溶液中進行明顯的過蝕刻(但仍小于100)，最初光滑的表面粗糙度會增加:長時間過蝕刻期間粗糙化的原因可能與生長在藍寶石襯底上的氮化鎵外延層中存在的高密度外延缺陷有關(guān)。在實踐中發(fā)現(xiàn)，通過僅蝕刻比AlGaN頂部勢壘略深的部分(對于175 AlGan頂部勢壘，蝕刻深度為200 °)就可以實現(xiàn)出色的臺面隔離。

總結(jié)

總之，我們開發(fā)并表征了一種簡單的紫外光輔助濕法刻蝕工藝，該工藝可以產(chǎn)生光滑的刻蝕表面，并且成本低，易于控制非常適合臺面隔離且應(yīng)該證明對柵極凹陷工藝有用的可標記蝕刻速率。選擇性是在摻碳氮化鎵的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，這一特性可能會在Npn AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造中得到最有用的應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)溶液的酸堿度隨著紫外線照射而下降，其控制被發(fā)現(xiàn)是蝕刻表面粗糙度的決定性參數(shù)。

審核編輯:湯梓紅