一种球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法技术

本发明专利技术公开了一种球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，包括如下步骤：步骤10)获得氮化镓半球以及氮化镓轮幅结构；步骤20)利用AFM测量步骤10)的氮化镓半球，获得刻蚀前的氮化镓半球坐标，并利用SEM拍摄步骤10)的轮幅结构；步骤30)刻蚀步骤10)的氮化镓半球以及轮幅结构；步骤40)利用AFM测量刻蚀后的氮化镓半球，获得刻蚀后的氮化镓半球坐标，并利用SEM拍摄刻蚀后的轮幅结构；步骤50)对所述步骤20和步骤40获得的数据进行处理，获得氮化镓湿法刻蚀全速率。该方法通过借助灰度图利用聚焦离子束技术在氮化镓晶片上加工出凸半球冠及凸半球底以及轮幅结构。并且腐蚀前后借助原子力显微镜获得腐蚀前后半球冠和半球底坐标点，从而得到刻蚀速率。得到刻蚀速率。得到刻蚀速率。

【技术实现步骤摘要】
一种球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法


[0001]本专利技术属于MEMS微机电系统制造
，具体来说，涉及一种球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料，具有优良的热传导性，可靠的电绝缘性，低的介电常数和介电损耗，无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性，被认为是新一代高集程度半导体基片和电子器件封装的理想材料。近年来，该材料受到了国内外研究者的广泛重视。目前，商业化GaN基LED的光提取效率和内部量子效率较低，其性能低于理论预期。究其原因，是因为GaN没有完整的湿法腐蚀和预测模型。这不利于其湿法刻蚀研究的展开。而构建GaN的湿法腐蚀和预测模型的核心就是获取GaN腐蚀全速率。
[0003]获得晶体的湿法刻蚀各向异性刻蚀速率，目前已知的方法有腐蚀半球法和掩膜测试法，球试件拥有可以一次测量所有晶向速率的优势，掩膜测试法则需要选取合适的几个晶面组合数学插值全部刻蚀速率。因此，因此本专利技术基于腐蚀半球法去获取GaN湿法刻蚀全速率。但是，相较于石英、蓝宝石等晶体，GaN的刻蚀速率相对较低，并且GaN晶体材料都比较小。因此，不能使用传统的腐蚀半球法获取GaN晶体的全速率。

技术实现思路

[0004]技术问题：本专利技术提供了一种球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，通过借助灰度图利用聚焦离子束(FIB)技术在GaN晶片上加工出凸半球冠及凸半球底以及轮幅结构。并且腐蚀前后借助原子力显微镜(AFM)获得腐蚀前后半球冠和半球底坐标点，从而得到刻蚀速率。
[0005]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，包括如下步骤：
[0007]步骤10)获得氮化镓半球以及氮化镓轮幅结构；
[0008]步骤20)利用AFM测量步骤10)的氮化镓半球，获得刻蚀前的氮化镓半球坐标，并利用SEM拍摄步骤10)的轮幅结构；
[0009]步骤30)刻蚀步骤10)的氮化镓半球以及轮幅结构；
[0010]步骤40)利用AFM测量刻蚀后的氮化镓半球，获得刻蚀后的氮化镓半球坐标，并利用SEM拍摄刻蚀后的轮幅结构；
[0011]步骤50)对所述步骤20和步骤40获得的数据进行处理，获得氮化镓湿法刻蚀全速率。
[0012]作为优选例，所述步骤10)包括：采用多灰度图叠加的方式，利用FIB方法在氮化镓晶片上通过去除氮化镓材料获得凹槽里面放置一个半球的三维结构；所述半球包括半球冠和半球底。
[0013]作为优选例，所述半球使用多张灰度图叠加，利用FIB进行加工，设赤道的纬度设
定为90度，球顶纬度为0度，球冠的纬度范围是0
‑
60度，球底的纬度范围是30
‑
90度。
[0014]作为优选例，所述步骤10)还包括：利用FIB技术在氮化镓晶片上加工轮幅结构：首先，基于氮化镓腐蚀的六对称性，加工180度的轮幅结构，有三个对称循环；其次，在0
‑
90度，90
‑
180度每隔10度加工一个楔形结构，然后从5
‑
95度，95
‑
175度每隔10度加工一个楔形结构，从而拼接起来相当于从0
‑
180度每隔5度的一个轮幅结构。
[0015]作为优选例，所述步骤20)中，采用原子力显微镜扫描半球冠以及半球底，得到半球冠和半球底的三维坐标，顶部朝向均为c[0 0 0 1]，作为半球纬度的起始方向；在做一个标记，作为半球经度θ的起始方向；利用场发射扫描电镜拍摄加工后的轮幅结构。
[0016]作为优选例，所述步骤30)中，刻蚀t时间后，球面任意一晶面沿径向方向向内刻蚀平移，刻蚀深度为ε1；邻近晶面向内刻蚀平移，刻蚀深度为ε2；为防止两晶面发生干涉，则刻蚀深度ε1、ε2满足式(1)：
[0017]|ε1‑
ε2|≤R(1
‑
cosγ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
[0018]根据式(1)，获得允许最大刻蚀深度ε
max
满足式(2)：
[0019]ε
max
＝μ
·
R(1
‑
cosγ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
[0020]其中，R表示半球半径；γ表示三坐标测量时的最小间距角度，μ表示经验系数；
[0021]刻蚀时间和最大刻蚀深度之间的关系，如式(3)所示：
[0022][0023]其中，Δt表示刻蚀时间，v
max
表示氮化镓晶面的最大刻蚀速率。
[0024]作为优选例，所述步骤30)包括如下步骤：
[0025]步骤301)对氮化镓晶片进行清洗；
[0026]步骤302)对清洗后的氮化镓晶片进行刻蚀：先将氮化镓晶片放置在夹具的格子中，然后将AZ400K溶液放入容器中，并将夹具半浸没在溶液中，使得夹具的主体一半浸没在溶液中，另一半位于空气中，氮化镓晶片不接触溶液；对AZ400K溶液升温，提高夹具温度，随着夹具温度的提高而提高晶片温度；待AZ400K溶液温度达到80℃时，将夹具完全放入溶液中刻蚀，对氮化镓晶片进行刻蚀。
[0027]作为优选例，所述步骤302)中，根据刻蚀时间控制氮化镓晶片刻蚀的时间。
[0028]作为优选例，所述步骤301)具体包括：先使用丙酮清洗氮化镓晶片，去除残留的有机杂质；再使用异丙酮清洗，使得晶圆具有亲水性；接着再以去离子水清洗，将残留的异丙酮去除；最后用超声波震荡器去除晶圆上的小颗粒，并进行烘干。
[0029]作为优选例，所述步骤50)包括如下步骤：
[0030]步骤501)计算半球冠速率矩阵：首先从步骤20)中获得的刻蚀前的氮化镓半球坐标和步骤40)获得刻蚀后的氮化镓半球坐标中，提取球冠的数据点，随后利用nlinfit函数拟合得到球心，接着将球冠的数据根据拟合的球心进行插值，最后将刻蚀前后处理插值过的数据做差，并且除以刻蚀的时间，从而得到半球冠刻蚀速率矩阵，其过程如下式(4)所示；
[0031][0032]其中，v表示刻蚀速率，Δ
b
表示刻蚀前球面各点到球心的距离，Δ
a
表示刻蚀后球面
各点到球心的距离，Δt表示刻蚀时间。
[0033]步骤502)计算半球底速率矩阵：首先从步骤20)中获得的刻蚀前的氮化镓半球坐标和步骤40)获得刻蚀后的氮化镓半球坐标中，提取半球底侧面的数据点作为待处理数据，随后利用nlinfit函数拟合得到球心，接着将待处理数据根据拟合的球心进行插值，最后将刻蚀前后处理插值过的数据做差，并且除以刻蚀的时间，从而得到半球底刻蚀速率矩阵；
[0034]步骤503)计算赤道刻蚀速率：设轮辐实验中每个楔形结构的尖端为起始刻蚀点，腐蚀一段时间后，刻蚀点出现回缩现象，此时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤10)获得氮化镓半球以及氮化镓轮幅结构；步骤20)利用AFM测量步骤10)的氮化镓半球，获得刻蚀前的氮化镓半球坐标，并利用SEM拍摄步骤10)的轮幅结构；步骤30)刻蚀步骤10)的氮化镓半球以及轮幅结构；步骤40)利用AFM测量刻蚀后的氮化镓半球，获得刻蚀后的氮化镓半球坐标，并利用SEM拍摄刻蚀后的轮幅结构；步骤50)对所述步骤20和步骤40获得的数据进行处理，获得氮化镓湿法刻蚀全速率。2.按照权利要求1所述的球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，其特征在于，所述步骤10)包括：采用多灰度图叠加的方式，利用FIB方法在氮化镓晶片上通过去除氮化镓材料获得凹槽里面放置一个半球的三维结构；所述半球包括半球冠和半球底。3.按照权利要求2所述的球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，其特征在于，所述半球使用多张灰度图叠加，利用FIB进行加工，设赤道的纬度设定为90度，球顶纬度为0度，球冠的纬度范围是0
‑
60度，球底的纬度范围是30
‑
90度。4.按照权利要求1所述的球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，其特征在于，所述步骤10)还包括：利用FIB技术在氮化镓晶片上加工轮幅结构：首先，基于氮化镓腐蚀的六对称性，加工180度的轮幅结构，有三个对称循环；其次，在0
‑
90度，90
‑
180度每隔10度加工一个楔形结构，然后从5
‑
95度，95
‑
175度每隔10度加工一个楔形结构，从而拼接起来相当于从0
‑
180度每隔5度的一个轮幅结构。5.按照权利要求2所述的球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，其特征在于，所述步骤20)中，采用原子力显微镜扫描半球冠以及半球底，得到半球冠和半球底的三维坐标，顶部朝向均为c[0 0 0 1]，作为半球纬度的起始方向；在做一个标记，作为半球经度θ的起始方向；利用场发射扫描电镜拍摄加工后的轮幅结构。6.按照权利要求2所述的球型分层确定氮化镓湿法刻蚀全速率的方法，其特征在于，所述步骤30)中，刻蚀t时间后，球面任意一晶面沿径向方向向内刻蚀平移，刻蚀深度为ε1；邻近晶面向内刻蚀平移，刻蚀深度为ε2；为防止两晶面发生干涉，则刻蚀深度ε1、ε2满足式(1)：|ε1‑
ε2|≤R(1
‑
cosγ)
ꢀꢀꢀꢀ
式(1)根据式(1)，获得允许最大刻蚀深度ε
max
满足式(2)：ε
max
＝μ
·
R(1
‑
cosγ)
ꢀꢀꢀꢀ
式(2)其中，R表示半球半径；γ表示三坐标测量时的最小间距角度，μ表示经验系数；刻蚀时间和最大刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：幸研，陈晔，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：