書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：GaN、ZnO和SiC的濕法化學(xué)蝕刻

編號：JFKJ-21-830

作者：炬豐科技

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摘要

寬帶隙半導(dǎo)體具有許多特性，使其對高功率、高溫器件應(yīng)用具有吸引力。本文綜述了三種重要材料的濕法腐蝕，即氧化鋅、氮化鎵和碳化硅。雖然氧化鋅很容易在許多酸溶液中蝕刻，包括硝酸/鹽酸和氫氟酸/硝酸，在非酸性乙酰丙酮中，第三族氮化物和碳化硅很難濕法蝕刻，通常使用干法蝕刻。已經(jīng)研究了用于氮化鎵和碳化硅的各種蝕刻劑，包括水性無機(jī)酸和堿溶液以及熔融鹽。濕法刻蝕在寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)中有多種應(yīng)用，包括缺陷裝飾、通過產(chǎn)生特征凹坑或小丘識別極性和多型(用于碳化硅)以及在光滑表面上制造器件。對于氮化鎵和碳化硅，在室溫下電化學(xué)刻蝕在某些情況下是成功的。此外，光輔助濕法蝕刻產(chǎn)生類似的速率，與晶體極性無關(guān)。

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介紹

????寬帶隙半導(dǎo)體氮化鎵、碳化硅和氧化鋅對許多新興應(yīng)用具有吸引力。例如，AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMTs)和單片微波集成電路(MMICs)的發(fā)展預(yù)示著高頻工作。此外，氮化鎵還用于紫外波長光電子器件。它具有高擊穿電場，大于硅或GaAs的50倍，這使得它可以用于高功率電子應(yīng)用。氮化鎵的寬帶隙使其可以用于藍(lán)色/紫外線發(fā)光二極管和激光二極管，并且由于其固有載流子濃度低，可以在非常高的溫度下工作。?氧化鋅是一種具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的直接寬帶隙材料，可用于氣體傳感器、透明電極、液晶顯示器、太陽能電池、壓電換能器、光電材料器件、藍(lán)光、紫外光發(fā)光二極管和激光二極管。氧化鋅對藍(lán)色/紫外發(fā)光二極管和薄膜晶體管有著濃厚的興趣。在接下來的章節(jié)中，我們將回顧一些常見的寬帶隙半導(dǎo)體材料系統(tǒng)的濕法刻蝕方法。

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濕法腐蝕

?SIC：由于其硬度(H=9+)，碳化硅是金屬、金屬部件和半導(dǎo)體晶片最廣泛使用的研磨和拋光磨料之一。然而，這種特性使得在典型的酸或堿溶液中很難蝕刻。在室溫下，碳化硅以單晶的形式不會受到單一酸的侵蝕。事實上，蝕刻碳化硅的唯一技術(shù)是使用熔鹽熔劑、熱氣體、電化學(xué)工藝或等離子蝕刻?。表1列出了成功蝕刻碳化硅所需的熔鹽溶液和溫度。這些高溫、腐蝕性混合物的缺點包括需要昂貴的鉑燒杯和樣品架(可以承受熔融鹽溶液)以及不能蝕刻掩蔽樣品，因為很少有掩模能容納這些混合物。雖然可以想象使用鉑掩模，但是濕法蝕刻是各向同性的，因此會削弱掩模。

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氮化物：圖2顯示了三種不同AlN樣品的AZ400K光刻膠顯影劑的蝕刻速率作為溫度的函數(shù)圖。

1.用三角形指定的數(shù)據(jù)來自于在砷化鎵上生長的多晶AlN。這種材料的蝕速率比在氧化鋁上生長的兩個單晶樣品快得多。

2.?用正方形表示的數(shù)據(jù)來自一個1μm厚的層，雙晶X射線衍射峰寬為4000弧秒。

3.??3.由圓圈指定的數(shù)據(jù)來自峰值寬為~200弧秒的材料。?

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氧化鋅和相關(guān)化合物：圖3和圖4分別為Zn0.95Cd0.05O和Zn0.9Mg0.1O2的蝕刻率，作為25°C下HCl/H2O或H3PO4/H2O溶液濃度的函數(shù)。 對于Zn0.95Cd0.05O，可控的蝕刻速率(<100nm·min?1)是系膜形成的理想條件，并在這組溶液濃度下獲得。對于Zn0.9Mg0.1O2，在所有濃度(120-1100nm·min-1)下，HCl/H2O的蝕刻速率都明顯更快。注意，使用高稀釋因子獲得可控的蝕刻速率。使用純鹽酸或磷酸產(chǎn)生了非常高的速率和溶液中大量的冒泡，導(dǎo)致不均勻和粗糙的表面。

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?結(jié)論

氮化鎵和碳化硅的濕蝕刻是困難的，基本上是不現(xiàn)實的。在這些種下，干蝕刻是首選。氧化鋅在大多數(shù)酸溶液中都很容易蝕刻，而且相對難以干燥。