CN101625971B - 利用光辅助氧化湿法刻蚀ⅲ族氮化物的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：利用标准的光刻工艺在III族氮化物表面制作有图案的紫外光掩蔽层；步骤2：将表面上制作有图案的紫外光掩蔽层的III族氮化物置于高能紫外光下曝光，使具有图案的暴露的III族氮化物在紫外光辅助下发生氧化，生成金属氧化物；步骤3：去除掩蔽层；步骤4：将曝光后的III族氮化物的样品放在酸或碱性溶液中，将生成的金属氧化物完全腐蚀掉，形成带有图案的刻蚀台阶，完成湿法刻蚀III族氮化物的工艺。

Description

利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，确切的说是一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物(包括GaN、AlN、InN及其三元或多元化合物)的方法。

背景技术

具有直接带隙的III族氮化物(包括GaN、AlN、InN及其三元或多元化合物)因其光谱覆盖范围广、电子饱和迁移速度高、热导性和热稳定性良好等特性，在光电子器件以及高频大功率器件领域越来越受到人们的关注。在大多数器件制作工艺过程中，刻蚀是不可避免的工序。刻蚀就是在半导体表面制作出诸如点、斑、线条、孔、槽等各种图案的台阶，它是发展高新技术电子器件的一个必不可少的工艺过程，对半导体表面清洁处理、微细加工、电路设计以及对研究半导体界面的结构有着重要的作用。半导体刻蚀根据刻蚀原理分为物理刻蚀和化学刻蚀。所谓物理刻蚀有时亦称干法刻蚀，目前主要有感应耦合等离子体(ICP)刻蚀、反应离子束刻蚀(RIE)、电子回旋加速共振(ECR)等离子刻蚀、化学辅助离子束刻蚀(CAIBE)和磁控反应离子刻蚀(MIE)等。干法刻蚀的设备一般都体积庞大、价格昂贵，对真空度要求比较高，操作也比较复杂，而且许多方法中要用到有毒气体，给生产带来很多困难。所谓化学刻蚀俗称湿法刻蚀，就是利用化学试剂与半导体表面接触发生反应。湿法刻蚀的设备简单，操作方便，毒性小，对材料损伤低，是干法刻蚀的很好的补充。遗憾的是III族氮化物自然情况下具有很高的热稳定性和化学稳定性，较低温度下(23~80℃)，采用一般的化学溶液刻蚀速率几乎为0。目前III族氮化物的大多数工艺是采用等离子体干法刻蚀，但是干法刻蚀除了生产上存在很多困难以外，还存在其它很多缺陷，比如干法刻蚀的所采用的离子一般能量都很高，不可避免地会引人离子刻蚀的损伤对器件的漏电或稳定性等造成不利影响，另外干法刻蚀很难获得平整的刻蚀台面，而平整的腔面是激光器工作的必要条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物的方法，该方法巧妙的利用紫外光辅助使氮化物发生氧化，而金属氧化物和氮化物的抗腐蚀性能不同选择合适的酸或碱性溶液可以获得很高的选择比，从而将氧化的区域去除，形成带有一定图案的刻蚀台阶。该方法使用的设备简单、操作方便和毒性小，更重要的是这种方法对材料表面造成的损伤小，同时刻蚀出的台面更加平整。

本发明提供一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：利用标准的光刻工艺在III族氮化物表面制作有图案的紫外光掩蔽层；

步骤2：将表面上制作有图案的紫外光掩蔽层的III族氮化物置于高能紫外光下曝光，使具有图案的暴露的III族氮化物在紫外光辅助下发生氧化，生成金属氧化物；

步骤3：去除掩蔽层；

步骤4：将曝光后的III族氮化物的样品放在酸或碱性溶液中，将生成的金属氧化物完全腐蚀掉，形成带有图案的刻蚀台阶，完成湿法刻蚀III族氮化物的工艺。

其中所述的III族氮化物的材料为：GaN、AlN或InN或由它们组成的三元或者多元化合物。

其中所述的紫外光曝光，是通过曝光时间和紫外光强度来控制生成金属氧化物的厚度，从而控制刻蚀的深度。

本发明提供一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将III族氮化物置于聚焦的紫外激光器下曝光，通过计算机控制步进马达来移动样品或者激光器，使被曝光的区域在紫外激光辅助下发生氧化，生成金属氧化物；

步骤2：将曝光后的III族氮化物置于酸或碱性腐蚀液中，将生成金属氧化物完全腐蚀掉，形成带有图案的刻蚀台阶，完成湿法刻蚀III族氮化物的工艺。

其中所述的III族氮化物的材料为：GaN、AlN或InN或由它们组成的三元或者多元化合物。

其中所述的聚焦的紫外激光曝光，是通过曝光时间和激光强度来控制生成金属氧化物的厚度，从而控制刻蚀的深度。

本发明提供一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：利用分光镜将紫外激光器发出的紫外激光束分成两束相干的紫外光，调整光路使两束相干紫外光束发生干涉形成明暗相间的干涉条纹；

步骤2：将III族氮化物置于相干激光束下曝光，被曝光的区域在紫外激光辅助下发生氧化，生成金属氧化物；

步骤3：将曝光后的III族氮化物的样品置于酸或碱性腐蚀液中，将生成金属氧化物完全腐蚀掉，形成带有条纹状刻蚀台阶，完成湿法刻蚀III族氮化物的工艺。

其中所述的III族氮化物的材料为：GaN、AlN或InN或由它们组成的三元或者多元化合物。

其中所述的相干激光束曝光，是通过曝光时间和激光强度来控制生成金属氧化物的厚度，从而控制刻蚀的深度。

其中所述的相干激光束曝光，是通过调整激光波长来控制曝光区域的宽度和间隔，从而控制刻蚀的条纹状刻蚀台阶的宽度和间隔。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术内容，下面结合具体实例和附图详细说明如后，其中：

图1(a)为在III族氮化物样品表面制作紫外光掩蔽层；

图1(b)为紫外光曝光，生成金属氧化物；

图1(c)为去除紫外光掩蔽层；

图1(d)为腐蚀去除金属氧化物，形成刻蚀台阶；

图2本发明提出的有掩蔽层曝光示意图；

图3本发明提出的无掩蔽层激光扫描式曝光示意图；

图4本发明提出的全息曝光示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

结合附图1(a)、图1(b)、图1(c)、图1(d)和图2，对本发明的一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物的方法的第一种实施方案详细说明如下。

步骤1：利用标准的光刻工艺，在处理好待刻蚀的III族氮化物样品10的表面制作有一定图案的紫外光掩蔽层11。其工艺过程包括烘烤样品、清洗光刻版、涂光刻胶、烘烤光刻胶、曝光、显影、低温镀膜、剥离形成图案。具体如下首先将III族氮化物样品10在120℃下烘烤30分钟，待其冷却后使用匀胶机在其表面均匀的涂上一层光刻胶，随后在90℃下烘烤20分钟使光刻胶具有一定的硬度，利用图形曝光设备即光刻机对光刻胶进行曝光，将图形转移到光刻胶上，显影后留下具有一定图形的光刻胶。采用低温镀膜设备在带有光刻胶的样品表面覆盖一层不透紫外光的掩蔽层(如金属)。金属剥离后就会在样品表面形成具有一定图案的紫外光掩蔽层11。掩蔽层材料要求紫外光不能通过，并且需要工艺简单便于制作和去除，比如金属Al等。图案根据工艺需要可以是点、线或者其它任意几何形状如图1所示的条形。将需要刻蚀的地方暴露出来而需要保留不被刻蚀的地方用掩蔽层11保护起来，如图1(a)所示；

步骤2：将表面上制作有一定图案的紫外光掩蔽层11的样品置于高能紫外光下曝光，使具有一定图案的暴露的III族氮化物在紫外光辅助下发生氧化，生成金属氧化物12；紫外光曝光请参阅图2本发明提出的有掩蔽层曝光示意图。高能紫外光可以由Xe灯21来提供，通过透镜组20将Xe灯21发出的光变成一束均匀的***行光，这样可以减小由于光的斜入射造成侧蚀。在曝光过程中通过调节Xe灯21的功率和透镜组20的光学参数来控制紫外光的强度，同时配合曝光时间可以达到控制曝光生成金属氧化物12的厚度，而金属氧化物12是可以通过下面的腐蚀工艺进行去除的，所以金属氧化物12的厚度也就是刻蚀的深度。所以通过精确控制紫外光强度和曝光时间就可以实现一定的刻蚀深度。

步骤3：曝光结束后将样品置于掩蔽层腐蚀液中去除掩蔽层11如图1(c)所示。如果掩蔽层11能够通过下面腐蚀去除金属氧化物12的步骤同时去除掉，那么这一步可以合并在下面步骤4中同时进行；

步骤4：将曝光后去除掩蔽层11的III族氮化物样品如图1(c)所示放在一定浓度的酸或碱性溶液中，要求通过溶液选择及其浓度的控制，使其能够选择性地快速腐蚀金属氧化物12同时对没有氧化的III族氮化物样品10没有腐蚀作用。一般的酸性或者碱性溶液对III族氮化物10都不会有腐蚀作用，而III族氮化物10通过紫外光曝光以后生成的金属氧化物12可以很容易的溶于酸性或者碱性溶液，这样就形成了选择性地刻蚀即曝光的区域被腐蚀掉而没曝光的区域保留下来，形成带有一定图案的刻蚀台阶(如图1(d)所示)，完成湿法刻蚀III族氮化物的工艺。

由于紫外光在一般的溶液中的穿透性很强，所以可将图1(a)所示的制作好紫外光掩蔽层的样品置于腐蚀液中，要求这种腐蚀液对紫外光掩蔽层11没有腐蚀作用，这样曝光和腐蚀就可以同时进行，将紫外光曝光生成的金属氧化物12迅速地腐蚀掉，就可以形成带有一定图案的刻蚀台阶如图1(d)所示。

实施例2：

结合附图1(a)、图1(b)、图1(c)、图1(d)和图3，对本发明的一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物的方法的第二种实施方案详细说明如下。

步骤1、将III族氮化物样品10置于聚焦的紫外激光器34下曝光(参阅图3)，通过光学元件组35来调整光路，通过计算机控制***30来精确控制步进马达31来移动样品，配合紫外光开关33从而实现需要曝光区域的扫描曝光。也可以将步进马达安装在紫外激光器34上来移动紫外激光器34或者安装在光学元件组35上来移动光路，实现需要曝光的区域的扫描曝光。紫外激光器34可以是He-Cd激光器或者倍频的Ar+激光器等。被曝光的区域在紫外激光辅助下发生氧化，生成金属氧化物，通过调整紫外激光器34的功率和调整光学元件组35来控制曝光强度，同时通过计算机控制***30来控制步进马达31的移动速度也就是控制激光在样品某一区域停留的时间来控制生成金属氧化物12的厚度，从而控制刻蚀的深度；

步骤2、将曝光后的III族氮化物样品如图1(c)所示放在一定浓度的酸或碱性中，要求通过腐蚀液32的选择及其浓度的控制，使其能够选择性地快速腐蚀金属氧化物12同时对没有氧化的III族氮化物样品10没有腐蚀作用。一般的酸性或者碱性溶液对III族氮化物10都不会有腐蚀作用，而III族氮化物10通过紫外光曝光以后生成的金属氧化物12可以很容易的溶于酸性或者碱性溶液，这样就形成了选择性地刻蚀即曝光的区域被腐蚀掉而没曝光的区域保留下来，形成带有一定图案的刻蚀台阶(如图1(d)所示)，完成湿法刻蚀III族氮化物的工艺。

由于紫外光在一般的溶液中的穿透性很强，所以可将III族氮化物样品10置于腐蚀液32中，这样曝光和腐蚀就可以同时进行，将紫外光曝光生成的金属氧化物12迅速地腐蚀掉，就可以形成带有一定图案的刻蚀台阶如图1(d)所示。

实施例3：

结合附图1(a)、图1(b)、图1(c)、图1(d)和图4，对本发明的一种利用光辅助氧化湿法刻蚀III族氮化物的方法的第三种实施方案详细说明如下。

步骤1、首先调整光路，使紫外激光器34发出的光经过反射镜42和半透半反镜41后分成两束相干光束(参阅图4)。这两束相干光束分别经过两个反射镜40后在III族氮化物样品10表面发生干涉，形成明暗相间的条纹。紫外激光器34可以是He-Cd激光器或者倍频的Ar+激光器等。

步骤2、III族氮化物样品10在明暗相间的紫外光干涉条纹下曝光，紫外光加强即亮条区在紫外激光辅助下发生氧化，生成金属氧化物，而紫外光相消即暗区则没有发生氧化，如图1(c)所示。通过调整紫外激光器34的功率控制曝光强度，同时控制曝光时间，来控制生成金属氧化物12的厚度，从而控制刻蚀的深度；通过选择激光波长来控制明暗相间的条纹的宽度和间隔即曝光区域的宽度和间隔，从而控制刻蚀的条纹状刻蚀台阶的宽度和间隔。

步骤3、将曝光后的III族氮化物样品如图1(c)所示放在一定浓度的酸或碱性中，要求通过腐蚀液32的选择及其浓度的控制，使其能够选择性地快速腐蚀金属氧化物12同时对没有氧化的III族氮化物样品10没有腐蚀作用。一般的酸性或者碱性溶液对III族氮化物10都不会有腐蚀作用，而III族氮化物10通过紫外光曝光以后生成的金属氧化物12可以很容易的溶于酸性或者碱性溶液，这样就形成了选择性地刻蚀即曝光的区域被腐蚀掉而没曝光的区域保留下来，形成带有一定图案的刻蚀台阶(如图1(d)所示)，完成湿法刻蚀III族氮化物的工艺。

由于紫外光在一般的溶液中的穿透性很强，所以可将III族氮化物样品10置于腐蚀液32中，这样曝光和腐蚀就可以同时进行，将紫外光曝光生成的金属氧化物12迅速地腐蚀掉，就可以形成带有一定图案的刻蚀台阶如图1(d)所示。

Claims (10)

1.一种利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：利用标准的光刻工艺在Ⅲ族氮化物表面制作有图案的紫外光掩蔽层；

步骤2：将表面上制作有图案的紫外光掩蔽层的Ⅲ族氮化物置于高能紫外光下曝光，使具有图案的暴露的Ⅲ族氮化物在紫外光辅助下发生氧化，生成金属氧化物；

步骤3：去除掩蔽层；

步骤4：将曝光后的Ⅲ族氮化物的样品放在酸或碱性溶液中，将生成的金属氧化物完全腐蚀掉，形成带有图案的刻蚀台阶，完成湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的工艺。

2.根据权利要求1所述的利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，其中所述的Ⅲ族氮化物的材料为：GaN、AlN或InN或由它们组成的三元或者其他多元化合物。

3.根据权利要求1所述的利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，其中所述的紫外光曝光，是通过曝光时间和紫外光强度来控制生成金属氧化物的厚度，从而控制刻蚀的深度。

4.一种利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将Ⅲ族氮化物置于聚焦的紫外激光器下曝光，通过计算机控制步进马达来移动样品或者激光器，使被曝光的区域在紫外激光辅助下发生氧化，生成金属氧化物；

步骤2：将曝光后的Ⅲ族氮化物置于酸或碱性腐蚀液中，将生成金属氧化物完全腐蚀掉，形成带有图案的刻蚀台阶，完成湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的工艺。

5.根据权利要求4所述的利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，其中所述的Ⅲ族氮化物的材料为：GaN、AlN或InN或由它们组成的三元或者其他多元化合物。

6.根据权利要求4所述的利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，其中所述的聚焦的紫外激光曝光，是通过曝光时间和激光强度来控制生成金属氧化物的厚度，从而控制刻蚀的深度。

7.一种利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：利用分光镜将紫外激光器发出的紫外激光束分成两束相干的紫外光，调整光路使两束相干紫外光束发生干涉形成明暗相间的干涉条纹；

步骤2：将Ⅲ族氮化物置于相干激光束下曝光，被曝光的区域在紫外激光辅助下发生氧化，生成金属氧化物；

步骤3：将曝光后的Ⅲ族氮化物的样品置于酸或碱性腐蚀液中，将生成金属氧化物完全腐蚀掉，形成带有条纹状刻蚀台阶，完成湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的工艺。

8.根据权利要求7所述的利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，其中所述的Ⅲ族氮化物的材料为：GaN、AlN或InN或由它们组成的三元或者其他多元化合物。

9.根据权利要求7所述的利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，其中所述的相干激光束曝光，是通过曝光时间和激光强度来控制生成金属氧化物的厚度，从而控制刻蚀的深度。

10.根据权利要求7所述的利用光辅助氧化湿法刻蚀Ⅲ族氮化物的方法，其特征在于，其中所述的相干激光束曝光，是通过调整激光波长来控制曝光区域的宽度和间隔，从而控制刻蚀的条纹状刻蚀台阶的宽度和间隔。

Images