一种对于制造技术

本发明专利技术提供了一种对于

【技术实现步骤摘要】
一种对于GaN表面的原子层刻蚀工艺


[0001]本专利技术涉及半导体集成光电子器件
，特别是涉及一种对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺
。

技术介绍

[0002]在
p
‑
FET
上制备器件，刻蚀是常用的工艺，在凹栅刻蚀，台面隔离等方面都有应用
。
而
GaNp
‑
FET
在刻蚀方面的两大常见问题是刻蚀均匀性和等离子体损伤
。
对于
GaN
等材料而言，带有氯基
、
氟基的等离子体干法刻蚀是连续刻蚀的主要气体，然而仅使用等离子体的干法蚀刻方法虽然具有相对较高的蚀刻速率，但同时它可能会对下层造成大量的表面损伤
。
此外，蚀刻深度由蚀刻时间控制，这很容易导致蚀刻不足或蚀刻过度问题
。
随着半导体技术的发展，器件制造过程中的刻蚀部分的要求也在逐渐提高，原有的刻蚀技术在很多场合已经无法满足我们对刻蚀结果的要求
。
可接受的特征尺寸和表面缺陷的数量已经成为衡量器件制造水平的重要因素，并且可以显著地影响器件的电子特性，这会增加电流泄漏和电池功率损失，并最终因设备故障而降低产量
。
[0003]随着蚀刻工艺对最先进的半导体器件越来越重要，更优秀的刻蚀工艺提供的对蚀刻的严格控制是必要的，因此就需要去探索高刻蚀均匀性，低损伤，刻蚀深度稳定的刻蚀方法
。
而在各种方法中，原子层刻蚀
(ALE)
是一种比较独特且具有相当优势的一种刻蚀方法
。ALE
作为一种使用连续自限反应去除薄层材料的技术，该方法的特点是通过连续重复两步工艺来达到指定的蚀刻深度
。
第一步一般通过氧化等方法来对刻蚀材料进行表面改性，第二步使用干法蚀刻的方法来选择性地去除第一步形成的氧化物
。
目前，在
GaN
材料上经常使用氯基气体和
Ar
气体轰击的
ALE
组合进行蚀刻，能量较低的氯基
/Ar
气体的
ALE
可以在一定程度上改善
GaN
表面的刻蚀损伤，但是由于
Ar
在轰击材料表面时，如果在每一次循环中完全刻蚀改性层后继续刻蚀，高能
Ar
离子会破坏
GaN
表面的
Ga
–
N
键，导致表面形成不配位的
Ga
和
N
原子
。Ga
和
N
的比例在较高的轰击能量下降低，最终导致氮从表面损失并形成富
Ga
层
。
在更高的轰击能量或延长的轰击时间下，在表面上会形成金属
Ga
层
。
同时，一些氮原子会被转移到碰撞级联中的间隙位置，在那里它很可能形成分裂的间隙缺陷
。
[0004]因此，亟需探索一种高选择比刻蚀
、
刻蚀均匀
、
低损伤
、
刻蚀深度稳定的刻蚀工艺
。

技术实现思路

[0005]基于现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺，本专利技术的刻蚀工艺采用
O2/BCl3作为刻蚀气体，通过控制刻蚀时间来实现
BCl3的刻蚀深度等于或略小于氧化层厚度，实现每一次的去除步骤都不会对材料表面产生影响，在刻蚀结束后再通过湿法刻蚀的方法去除氧化层，以此来形成粗糙度非常低的刻蚀表面，具备工艺简单
、
高选择比刻蚀
、
表面损伤小
、
利于欧姆接触和适用性广泛的特点
。
[0006]本专利技术的一个目的在于，提供一种对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺，其包括如下步骤：
[0007]S1.
采用氧气对
GaN
表面进行处理，形成含有氧化层的
GaN
；
[0008]S2.
采用三氯化硼对所述含有氧化层的
GaN
表面进行刻蚀，保证刻蚀深度大于氧化层的厚度；
[0009]S3.
循环
S1
‑
S2
步骤若干次，达到所需刻蚀深度
。
[0010]进一步地，步骤
S1
‑
S2
采用
ICP
刻蚀设备实现
。
[0011]进一步地，
ICP
功率为
10
‑
200W。
[0012]进一步地，所述对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺还包括步骤
S4
：使用酸溶液去除
GaN
表面的氧化层
。
[0013]进一步地，所述酸溶液选自盐酸
、BOE
中的其中一种
。
[0014]进一步地，步骤
S1
中，氧气对
GaN
表面进行处理的时间为5‑
180s。
[0015]进一步地，步骤
S1
中，氧气的流量为5‑
50sccm。
[0016]进一步地，步骤
S2
中，三氯化硼的流量为5‑
50sccm。
[0017]进一步地，步骤
S2
中，可以选择在
GaN
表面通过镀硬掩模
SiO2来对选择区域进行改性和刻蚀
。
[0018]进一步地，步骤
S2
中，三氯化硼对所述含有氧化层的
GaN
表面进行刻蚀的时间为
10
‑
50s。
[0019]进一步地，通过固定差值控制氧气对
GaN
表面进行处理的时间和三氯化硼对所述含有氧化层的
GaN
表面进行刻蚀的时间
。
[0020]进一步地，所述固定差值设置为
5s(
包括
5s)
以内
。
[0021]进一步地，步骤
S1
‑
S2
中，氧气和三氯化硼的
RF
功率为1‑
100W
；优选地，步骤
S1
‑
S2
中，氧气和三氯化硼的
RF
功率优选为
10
‑
50W。
[0022]进一步地，所述对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺可以应用在但不限于以下衬底的
p
‑
FET GaN
的器件：蓝宝石
、
硅
、
碳化硅
。
[0023]图1示出了对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺，其特征在于，所述对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺包括如下步骤：
S1.
采用氧气对
GaN
表面进行处理，形成含有氧化层的
GaN
；
S2.
采用三氯化硼气体对所述含有氧化层的
GaN
表面进行干法刻蚀，保证刻蚀深度大于氧化层的厚度；
S3.
循环
S1
‑
S2
步骤若干次，达到所需刻蚀深度
。2.
根据权利要求1所述对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺，其特征在于，步骤
S1
‑
S2
，采用
ICP
刻蚀设备实现
。3.
根据权利要求1所述对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺，其特征在于，所述对于
GaN
表面的原子层刻蚀工艺还包括步骤
S4
：使用酸溶液去除
GaN
表面的氧化层
。4.

【专利技术属性】
技术研发人员：傅淳，唐楚滢，杜方洲，汪青，于洪宇，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：