一種濕法腐蝕三族氮化物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種濕法腐蝕三族氮化物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以氮化鎵為代表的三族氮化物(II1-N)屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料，也被稱為“第三代半導(dǎo)體材料”，在傳感器和功率電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0003]在半導(dǎo)體器件的加工過程中，經(jīng)常需要對材料進(jìn)行圖形化加工，往往通過刻蝕(干法)或腐蝕(濕法)手段。濕法腐蝕具有成本低、操作簡便、腐蝕速率可控、材料腐蝕選擇比高和適于批量生產(chǎn)等優(yōu)點。
[0004]半導(dǎo)體器件的刻蝕方法如電化學(xué)腐蝕、氧等離子體刻蝕(干法)以及熱氧化腐蝕等。但是，電化學(xué)腐蝕需要復(fù)雜的設(shè)備和操作工藝，且受材料成分影響很大;另外，電化學(xué)腐蝕速率過高，往往不適用于半導(dǎo)體器件的加工。氧等離子體刻蝕三族氮化物速率過慢，設(shè)備復(fù)雜，導(dǎo)致成本過高，且不適于大規(guī)模批量生產(chǎn)。熱氧化腐蝕方法需要高溫操作(600°C以上)，不適于半導(dǎo)體器件加工。
[0005]CN 103361643A公開了一種GaN腐蝕液，包括尚子液體以及、強酸或強堿，其中尚子液體的重量占比為51 %?90 %，強酸或強堿的重量占比為1 %?49 %。所述的離子液體的陰離子可選自O(shè)H—、P04—、BF4—或PF6—XN 103872190A公開了一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，包括以下步驟:I)在藍(lán)寶石晶片上生長非摻雜氮化鎵;2)將步驟I)生長了非摻雜氮化鎵的藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用離子水清洗甩干;3)將步驟2)清洗甩干后的藍(lán)寶石晶片再進(jìn)行生長;4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應(yīng)力剝離藍(lán)寶石基片。但是，所述濕法腐蝕技術(shù)均無法穩(wěn)定可控的腐蝕三族氮化物材料，腐蝕過程和腐蝕效果受諸多因素影響，無法獲得可重復(fù)性良好的腐蝕效果。
[0006]王曉暉等人(Influence of wet chemical cleaning on quantum efficiencyof GaN photocathode，Chin.Phys.B，2013，22(2):027901)報道了使用體積比為2:2:1硫酸溶液(98 % )、過氧化氫溶液(30 % )和去離子水;或者鹽酸溶液(37 % );或者體積比為4:1的硫酸溶液(98 % )和過氧化氫溶液(30 % )對GaN進(jìn)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層。并且劉等人報道了三族氮化物可以在常溫下被氧化(“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，目前并沒有一種完全的濕法腐蝕三族氮化物的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種濕法腐蝕三族氮化物的方法，所述方法腐蝕過程無需高溫環(huán)境，腐蝕速率適中，腐蝕深度高度可控，成本低，操作簡便，適于三族氮化物半導(dǎo)體器件的大規(guī)模生產(chǎn)。
[0008]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種濕法腐蝕三族氮化物的方法，所述方法為:先用氧化劑溶液將三族氮化物中的金屬元素氧化為金屬氧化物，再用氧化物腐蝕液將金屬氧化物去除，即得到腐蝕后的三族氮化物。
[0010]所述氧化只會發(fā)生在三族氮化物表層及表層以下的一定深度(幾個至十幾個納米)，具體深度和反應(yīng)速率會受材料成分影響;所述氧化物的去除不會損傷氧化物之下的氮化物材料。
[0011]本發(fā)明提供的腐蝕三族氮化物的方法，只需溶液腐蝕環(huán)境，腐蝕過程無需高溫，可在100°C以下，甚至常溫下進(jìn)行，對工藝和設(shè)備要求低，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0012]所述氧化劑溶液為H2O2溶液、H2SO4溶液或臭氧水中的任意一種或至少兩種的組合。典型但非限制性的組合為:H2O2溶液與H2SO4溶液，H2O2溶液與臭氧水，H2O2溶液、H2SO4溶液與臭氧水。氧化劑溶液氧化三族氮化物的速度適中，既不會過慢從而導(dǎo)致操作復(fù)雜和成本上升，也不會過快導(dǎo)致速率不可控;且適中的腐蝕速率可以獲得良好的材料表面，材料在腐蝕后表面平整，無損傷。
[0013]優(yōu)選地，所述H2O2溶液中H2O2的質(zhì)量百分含量為30-50%，如32%、33%、35%、36%、37%、40%、42%、45% 或 48% 等。
[0014]所述氧化在10_35°C的條件下進(jìn)行。在滿足具體應(yīng)用需要的前提下，適當(dāng)提高氧化的溫度可以提高氧化和腐蝕的速率。
[0015]實際應(yīng)用中，可先在三族氮化物表面形成圖案化掩膜層再用氧化劑溶液氧化。以使得腐蝕后的三族氮化物表面具有一定的圖形。所述圖案化掩膜層可通過常規(guī)的半導(dǎo)體光刻工藝得到。如無需圖形化，則無需制備掩膜層，直接對三族氮化物表面進(jìn)行刻蝕即可。
[0016]所述掩膜層的材料可為普通的光刻膠，也可以是其它的硬質(zhì)材料如氧化硅、氮化硅或金屬中的任意一種或至少兩種的組合。
[0017]所述氧化物腐蝕液包括但不局限于強酸溶液或強堿溶液。所述氧化物腐蝕液具有較高的材料腐蝕選擇性，只對氧化物進(jìn)行腐蝕，不會損傷氧化物之下的氮化物材料。
[0018]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述氧化物腐蝕液為HCl溶液或KOH溶液。
[0019]優(yōu)選地，所述HCl溶液由體積比為1-10:1的H2O和質(zhì)量百分含量為36 %的HCl溶液混合得到，如體積比為2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1或9:1等。
[0020]為了提高腐蝕效率，可結(jié)合氧化物腐蝕液和等離子體刻蝕技術(shù)去除所述金屬氧化物。
[0021 ]所述三族氮化物為GaN、AlN、InN或三元三族氮化物中的任意一種或至少兩種的組合。所述三元三組氮化物可為InGaN。典型但非限制性的組合為:GaN與A1N，A1N與InN，InN與三元三族氮化物，6314^與1_，6314故、1_與三元三族氮化物。
[0022]所述方法中三族氮化物的氧化和金屬氧化物的去除反復(fù)進(jìn)行，直到達(dá)到所需的腐蝕深度。所述三族氮化物的氧化和氧化物的去除可在100°C以下進(jìn)行，其氧化速度較慢，每次氧化可氧化幾個或十幾個納米深的三族氮化物，因此，比較容易控制刻蝕的深度;如需刻蝕很深的深度，則可將氧化和去氧化反復(fù)進(jìn)行，以達(dá)到所需的深度。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0024]1、本發(fā)明提供的三族氮化物的腐蝕方法為純粹的濕法腐蝕，全過程不涉及復(fù)雜的操作設(shè)備，只需溶液腐蝕環(huán)境，操作簡便，成本低，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0025]2、本發(fā)明提供的三族氮化物的腐蝕方法，其腐蝕速率適中，既不會過慢從而導(dǎo)致操作復(fù)雜和成本上升，也不會過快導(dǎo)致速率不可控;且適中的腐蝕速率可以獲得良好的材料表面，材料在腐蝕后表面平整，無損傷。
[0026]3、本發(fā)明提供的三族氮化物的腐蝕方法，其腐蝕過程無需高溫環(huán)境，可以在100°C以下，甚至是常溫操作，對工藝和設(shè)備要求低，具有成本優(yōu)勢。
[0027]4、本發(fā)明提供的三族氮化物的腐蝕方法，其對三族氮化物的腐蝕深度高度可控，可以精確到納米級別，腐蝕的均勻性和可重復(fù)性高，對于半導(dǎo)體器件的加工尤為重要，尤其適用于腐蝕深度在幾十納米以下的器件。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明一種實施方式提供的三族氮化物的腐蝕工藝流程圖。
[0029]圖2是實施例1提供的AlGaN/GaN外延片結(jié)構(gòu)的切面示意圖。
[0030]圖3是實施例1提供的腐蝕AlGaN/GaN外延片的流程圖，其中，圖3a為表面形成圖形化的掩膜層的AlGaN/GaN外延片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b為用氧化劑溶液氧化之后的AlGaN/GaN外延片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3c為用氧化劑腐蝕液腐蝕后的AlGaN/GaN外延片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(1為腐蝕深度截止在GaN覆蓋層的AlGaN/GaN外延片產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖4是實施例2提供的