一种湿法腐蚀三族氮化物的方法技术

本发明专利技术提供了一种湿法腐蚀三族氮化物的方法，所述方法为：先用氧化剂溶液将三族氮化物中的金属元素氧化为金属氧化物，再用氧化物腐蚀液将金属氧化物去除，即得到腐蚀后的三族氮化物。本发明专利技术提供的腐蚀三族氮化物的方法中的氧化只会发生在三族氮化物表层及表层以下的一定深度(几个至十几个纳米)；所述氧化物的去除不会损伤氧化物之下的氮化物材料；所述方法只需溶液腐蚀环境，腐蚀过程无需高温，可在100℃以下，甚至常温下进行，对工艺和设备要求低，适于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件
，尤其涉及。
技术介绍
以氮化镓为代表的三族氮化物(II1-N)属于宽禁带半导体材料，也被称为“第三代半导体材料”，在传感器和功率电子等领域具有广泛的应用。在半导体器件的加工过程中，经常需要对材料进行图形化加工，往往通过刻蚀(干法)或腐蚀(湿法)手段。湿法腐蚀具有成本低、操作简便、腐蚀速率可控、材料腐蚀选择比高和适于批量生产等优点。半导体器件的刻蚀方法如电化学腐蚀、氧等离子体刻蚀(干法)以及热氧化腐蚀等。但是，电化学腐蚀需要复杂的设备和操作工艺，且受材料成分影响很大;另外，电化学腐蚀速率过高，往往不适用于半导体器件的加工。氧等离子体刻蚀三族氮化物速率过慢，设备复杂，导致成本过高，且不适于大规模批量生产。热氧化腐蚀方法需要高温操作(600°C以上)，不适于半导体器件加工。CN 103361643A公开了一种GaN腐蚀液，包括尚子液体以及、强酸或强碱，其中尚子液体的重量占比为51 %?90 %，强酸或强碱的重量占比为1 %?49 %。所述的离子液体的阴离子可选自OH—、P04—、BF4—或PF6—XN 103872190A公开了一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，包括以下步骤:I)在蓝宝石晶片上生长非掺杂氮化镓;2)将步骤I)生长了非掺杂氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱性溶液，之后取出用离子水清洗甩干;3)将步骤2)清洗甩干后的蓝宝石晶片再进行生长;4)将GaN基键合在硅基板上，利用高温晶格失配应力剥离蓝宝石基片。但是，所述湿法腐蚀技术均无法稳定可控的腐蚀三族氮化物材料，腐蚀过程和腐蚀效果受诸多因素影响，无法获得可重复性良好的腐蚀效果。王晓晖等人(Influence of wet chemical cleaning on quantum efficiencyof GaN photocathode，Chin.Phys.B，2013，22(2):027901)报道了使用体积比为2:2:1硫酸溶液(98 % )、过氧化氢溶液(30 % )和去离子水;或者盐酸溶液(37 % );或者体积比为4:1的硫酸溶液(98 % )和过氧化氢溶液(30 % )对GaN进行表面清洗;并提到了采用溶液法去除GaN表面自然形成的氧化层。并且刘等人报道了三族氮化物可以在常温下被氧化(“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，目前并没有一种完全的湿法腐蚀三族氮化物的方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供，所述方法腐蚀过程无需高温环境，腐蚀速率适中，腐蚀深度高度可控，成本低，操作简便，适于三族氮化物半导体器件的大规模生产。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案:，所述方法为:先用氧化剂溶液将三族氮化物中的金属元素氧化为金属氧化物，再用氧化物腐蚀液将金属氧化物去除，即得到腐蚀后的三族氮化物。所述氧化只会发生在三族氮化物表层及表层以下的一定深度(几个至十几个纳米)，具体深度和反应速率会受材料成分影响;所述氧化物的去除不会损伤氧化物之下的氮化物材料。本专利技术提供的腐蚀三族氮化物的方法，只需溶液腐蚀环境，腐蚀过程无需高温，可在100°C以下，甚至常温下进行，对工艺和设备要求低，适于大规模生产。所述氧化剂溶液为H2O2溶液、H2SO4溶液或臭氧水中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合为:H2O2溶液与H2SO4溶液，H2O2溶液与臭氧水，H2O2溶液、H2SO4溶液与臭氧水。氧化剂溶液氧化三族氮化物的速度适中，既不会过慢从而导致操作复杂和成本上升，也不会过快导致速率不可控;且适中的腐蚀速率可以获得良好的材料表面，材料在腐蚀后表面平整，无损伤。优选地，所述H2O2溶液中H2O2的质量百分含量为30-50%，如32%、33%、35%、36%、37%、40%、42%、45% 或 48% 等。所述氧化在10_35°C的条件下进行。在满足具体应用需要的前提下，适当提高氧化的温度可以提高氧化和腐蚀的速率。实际应用中，可先在三族氮化物表面形成图案化掩膜层再用氧化剂溶液氧化。以使得腐蚀后的三族氮化物表面具有一定的图形。所述图案化掩膜层可通过常规的半导体光刻工艺得到。如无需图形化，则无需制备掩膜层，直接对三族氮化物表面进行刻蚀即可。所述掩膜层的材料可为普通的光刻胶，也可以是其它的硬质材料如氧化硅、氮化硅或金属中的任意一种或至少两种的组合。所述氧化物腐蚀液包括但不局限于强酸溶液或强碱溶液。所述氧化物腐蚀液具有较高的材料腐蚀选择性，只对氧化物进行腐蚀，不会损伤氧化物之下的氮化物材料。作为优选的技术方案，所述氧化物腐蚀液为HCl溶液或KOH溶液。优选地，所述HCl溶液由体积比为1-10:1的H2O和质量百分含量为36 %的HCl溶液混合得到，如体积比为2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1或9:1等。为了提高腐蚀效率，可结合氧化物腐蚀液和等离子体刻蚀技术去除所述金属氧化物。所述三族氮化物为GaN、AlN、InN或三元三族氮化物中的任意一种或至少两种的组合。所述三元三组氮化物可为InGaN。典型但非限制性的组合为:GaN与A1N，A1N与InN，InN与三元三族氮化物，6314^与1_，6314故、1_与三元三族氮化物。所述方法中三族氮化物的氧化和金属氧化物的去除反复进行，直到达到所需的腐蚀深度。所述三族氮化物的氧化和氧化物的去除可在100°C以下进行，其氧化速度较慢，每次氧化可氧化几个或十几个纳米深的三族氮化物，因此，比较容易控制刻蚀的深度;如需刻蚀很深的深度，则可将氧化和去氧化反复进行，以达到所需的深度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为:1、本专利技术提供的三族氮化物的腐蚀方法为纯粹的湿法腐蚀，全过程不涉及复杂的操作设备，只需溶液腐蚀环境，操作简便，成本低，适于大规模生产。2、本专利技术提供的三族氮化物的腐蚀方法，其腐蚀速率适中，既不会过慢从而导致操作复杂和成本上升，也不会过快导致速率不可控;且适中的腐蚀速率可以获得良好的材料表面，材料在腐蚀后表面平整，无损伤。3、本专利技术提供的三族氮化物的腐蚀方法，其腐蚀过程无需高温环境，可以在100°C以下，甚至是常温操作，对工艺和设备要求低，具有成本优势。4、本专利技术提供的三族氮化物的腐蚀方法，其对三族氮化物的腐蚀深度高度可控，可以精确到纳米级别，腐蚀的均匀性和可重复性高，对于半导体器件的加工尤为重要，尤其适用于腐蚀深度在几十纳米以下的器件。【附图说明】图1是本专利技术一种实施方式提供的三族氮化物的腐蚀工艺流程图。图2是实施例1提供的AlGaN/GaN外延片结构的切面示意图。图3是实施例1提供的腐蚀AlGaN/GaN外延片的流程图，其中，图3a为表面形成图形化的掩膜层的AlGaN/GaN外延片结构示意图；图3b为用氧化剂溶液氧化之后的AlGaN/GaN外延片结构示意图；图3c为用氧化剂腐蚀液腐蚀后的AlGaN/GaN外延片结构示意图；图3(1为腐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿法腐蚀三族氮化物的方法，其特征在于，所述方法为：先用氧化剂溶液将三族氮化物中的金属元素氧化为金属氧化物，再用氧化物腐蚀液将金属氧化物去除，即得到腐蚀后的三族氮化物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：法比奧·圣阿加塔，艾莉娜·耶尔沃利诺，罗伯特·索科洛夫斯基，董明智，张国旗，王小葵，
申请(专利权)人：北京代尔夫特电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11