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《炬丰科技-半导体工艺》GaN、ZnO和SiC的湿法化学蚀刻

炬丰科技

2021-10-14 11:48:31

1690 半导体工艺

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：GaN、ZnO和SiC的湿法化学蚀刻

编号：JFKJ-21-830

作者：炬丰科技

摘要

宽带隙半导体具有许多特性，使其对高功率、高温器件应用具有吸引力。本文综述了三种重要材料的湿法腐蚀，即氧化锌、氮化镓和碳化硅。虽然氧化锌很容易在许多酸溶液中蚀刻，包括硝酸/盐酸和氢氟酸/硝酸，在非酸性乙酰丙酮中，第三族氮化物和碳化硅很难湿法蚀刻，通常使用干法蚀刻。已经研究了用于氮化镓和碳化硅的各种蚀刻剂，包括水性无机酸和碱溶液以及熔融盐。湿法刻蚀在宽带隙半导体技术中有多种应用，包括缺陷装饰、通过产生特征凹坑或小丘识别极性和多型(用于碳化硅)以及在光滑表面上制造器件。对于氮化镓和碳化硅，在室温下电化学刻蚀在某些情况下是成功的。此外，光辅助湿法蚀刻产生类似的速率，与晶体极性无关。

介绍

宽带隙半导体氮化镓、碳化硅和氧化锌对许多新兴应用具有吸引力。例如，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)和单片微波集成电路(MMICs)的发展预示着高频工作。此外，氮化镓还用于紫外波长光电子器件。它具有高击穿电场，大于硅或GaAs的50倍，这使得它可以用于高功率电子应用。氮化镓的宽带隙使其可以用于蓝色/紫外线发光二极管和激光二极管，并且由于其固有载流子浓度低，可以在非常高的温度下工作。氧化锌是一种具有纤锌矿晶体结构的直接宽带隙材料，可用于气体传感器、透明电极、液晶显示器、太阳能电池、压电换能器、光电材料器件、蓝光、紫外光发光二极管和激光二极管。氧化锌对蓝色/紫外发光二极管和薄膜晶体管有着浓厚的兴趣。在接下来的章节中，我们将回顾一些常见的宽带隙半导体材料系统的湿法刻蚀方法。

湿法腐蚀

SIC：由于其硬度(H=9+)，碳化硅是金属、金属部件和半导体晶片最广泛使用的研磨和抛光磨料之一。然而，这种特性使得在典型的酸或碱溶液中很难蚀刻。在室温下，碳化硅以单晶的形式不会受到单一酸的侵蚀。事实上，蚀刻碳化硅的唯一技术是使用熔盐熔剂、热气体、电化学工艺或等离子蚀刻。表1列出了成功蚀刻碳化硅所需的熔盐溶液和温度。这些高温、腐蚀性混合物的缺点包括需要昂贵的铂烧杯和样品架(可以承受熔融盐溶液)以及不能蚀刻掩蔽样品，因为很少有掩模能容纳这些混合物。虽然可以想象使用铂掩模，但是湿法蚀刻是各向同性的，因此会削弱掩模。

氮化物：图2显示了三种不同AlN样品的AZ400K光刻胶显影剂的蚀刻速率作为温度的函数图。

1.用三角形指定的数据来自于在砷化镓上生长的多晶AlN。这种材料的蚀速率比在氧化铝上生长的两个单晶样品快得多。

2. 用正方形表示的数据来自一个1µm厚的层，双晶X射线衍射峰宽为4000弧秒。

3. 3.由圆圈指定的数据来自峰值宽为~200弧秒的材料。

氧化锌和相关化合物：图3和图4分别为Zn0.95Cd0.05O和Zn0.9Mg0.1O2的蚀刻率，作为25°C下HCl/H2O或H3PO4/H2O溶液浓度的函数。对于Zn0.95Cd0.05O，可控的蚀刻速率(<100nm·min−1)是系膜形成的理想条件，并在这组溶液浓度下获得。对于Zn0.9Mg0.1O2，在所有浓度(120-1100nm·min-1)下，HCl/H2O的蚀刻速率都明显更快。注意，使用高稀释因子获得可控的蚀刻速率。使用纯盐酸或磷酸产生了非常高的速率和溶液中大量的冒泡，导致不均匀和粗糙的表面。

结论

氮化镓和碳化硅的湿蚀刻是困难的，基本上是不现实的。在这些种下，干蚀刻是首选。氧化锌在大多数酸溶液中都很容易蚀刻，而且相对难以干燥。