在氮化鎵和AlGaN上的濕式數(shù)字蝕刻

引言

由于其獨特的材料特性，III族氮化物半導(dǎo)體廣泛應(yīng)用于電力、高頻電子和固態(tài)照明等領(lǐng)域。加熱的四甲基氫氧化銨(TMAH)和KOH3處理的取向相關(guān)蝕刻已經(jīng)被用于去除III族氮化物材料中干法蝕刻引起的損傷，并縮小垂直結(jié)構(gòu)。

不幸的是，由于化學(xué)蝕刻過程中的微加工，很難對直徑小于50納米的垂直納米結(jié)構(gòu)進行這些處理。因此，在常規(guī)蝕刻工藝之后精細控制和收縮垂直納米結(jié)構(gòu)的蝕刻技術(shù)仍然是必要的。

在這項工作中，英思特進一步研究了用于銳化GaN垂直的濕化學(xué)DE工藝，并將其應(yīng)用擴展到AlGaN尖端和c平面AlGaN蝕刻中。這種技術(shù)可以精細地縮小GaN垂直錐形尖端，而不會降低側(cè)壁，這在一些具有密集垂直納米結(jié)構(gòu)陣列的應(yīng)用中是有益的。

實驗與討論

本研究中研究的濕法數(shù)字蝕刻(DE)技術(shù)由每個周期四個步驟組成，如圖1所示。GaN或AlGaN表面首先被H2SO4和30% H2O2的混合物氧化，然后在去離子水中漂洗。然后通過稀釋的HCl和另一次去離子水漂洗去除氧化層。

圖1：不同薄膜的外延結(jié)構(gòu)

圖2：垂直尖端收縮實驗(結(jié)構(gòu)A和C)中使用的工藝流程

由于H2O2隨著時間分解，我們?yōu)榱吮３址€(wěn)定的蝕刻速率，H2SO4和H2O2的混合物會在每三個DE循環(huán)后更新。因此，以下實驗結(jié)果中擬合的蝕刻速率都是基于3個完整DE循環(huán)后的蝕刻深度。

DE首先用于銳化通過等離子體干法蝕刻形成的垂直GaN和AlGaN納米錐，以獲得尖端半徑小于10nm的III族氮化物垂直尖端。工藝流程如圖2所示。尖端寬度從30nm到70nm變化的GaN (A)和AlGaN (C1和C2)的垂直尖端，通過以30-40nm厚的Ni作為硬掩模，基于Cl2/BCl3的電感耦合等離子體反應(yīng)離子蝕刻(ICP-RIE)形成。

圖3：氮化鎵尖端的傾斜掃描電鏡圖像

在干法蝕刻之后和在通過10分鐘蝕刻去除Ni硬掩模之后，通過掃描電子顯微鏡(SEM)檢查尖端寬度(如圖3)。在蝕刻之后，在GaN垂直尖端側(cè)壁的形態(tài)上沒有觀察到明顯的變化。實驗結(jié)果表明，基于濕法的DE適用于垂直結(jié)構(gòu)縮放和橫向器件制造。蝕刻速率穩(wěn)定且可重復(fù)，且AlGaN (0001)表面粗糙度在至少18次DE循環(huán)后不會降低。

然而，DE在平面蝕刻和垂直蝕刻中表現(xiàn)不同。在尖端收縮實驗中，AlGaN尖端具有高Al比的AlGaN比GaN尖端收縮得更快，而高Al比的AlGaN沿c軸的蝕刻速率比低Al比的AlGaN慢。

結(jié)論

英思特在GaN和AlGaN材料上演示了濕化學(xué)數(shù)字蝕刻，通過等離子體干法刻蝕形成的垂直GaN和AlGaN納米錐可以利用這種技術(shù)變得尖銳。我們通過濕法DE技術(shù)展示了一種簡單的方法，即在沒有任何真空或等離子體系統(tǒng)的情況下進行納米水平和良好控制的蝕刻。

III族氮化物垂直納米結(jié)構(gòu)可以通過這種技術(shù)縮小，并用于改善垂直器件的性能，包括III族氮化物垂直SAGFEAs16。(0001) AlGaN的表面在多次DE循環(huán)后沒有退化，這也表明當(dāng)制造III族氮化物橫向器件時，這種技術(shù)對于無等離子體柵極凹陷或相關(guān)工藝可能是有益的。與基于等離子體的蝕刻技術(shù)相比，使用這種類型的數(shù)字蝕刻有望使III族氮化物器件具有更小的蝕刻損傷。

審核編輯：湯梓紅