电感耦合等离子刻蚀

小英说半导体

引言

众所周知，化合物半导体中不同的原子比对材料的蚀刻特性有很大的影响。为了对蚀刻速率和表面形态的精确控制，通过使用低至25nm的薄器件阻挡层的，从而增加了制造的复杂性。本研究对比了三氯化硼与氯气的偏置功率，以及气体比对等离子体腐蚀高铝含量AlGaN与AlN在蚀刻速率、选择性和表面形貌方面的影响。蚀刻速率受偏置功率和气体化学性质的影响很大。英思特详细说明了AlGaN的Al组成的微小变化的影响，并显示了与AlN相比，相对于偏置功率的蚀刻速率的显著变化。

实验与讨论

本研究采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）培养了三种不同的样品，包括Al0.71Ga0.29N、Al0.85Ga0.15N和AlN。所有三个样品都在1.3mm厚的蓝宝石基板上的AlN缓冲层上生长。为了评估偏置功率对蚀刻速率和表面形貌的影响，在腔室压力（3mTorr）、ICP功率（125W）和气体流量（20%三氯化硼+5sccmAr）的条件下，将偏置功率从10W扫到100W。

图1显示了所有三种成分的蚀刻速率。我们观察到随着蚀刻率的线性增加，Al0.71Ga0.29N组成的最大调查偏差功率为100W。然而，Al0.85Ga0.15N和AlN蚀刻率呈现非线性趋势，即使在最低偏置功率下，都显示接近饱和蚀刻率100W偏置功率。

图1：偏置功率对蚀刻率的影响

如图2所示，与Al0.85Ga0.15N和AlN相比，Al0.71Ga0.29N对偏压功率表面粗糙度的响应显示出不同的趋势，其类似于图1中显示出的不同趋势的蚀刻速率。与Al0.71Ga0.29N相比，Al0.85Ga0.15N和AlN在10W至20W范围内表现出更大的表面粗糙度，在更低的偏置功率下过渡到更光滑的表面。随着Al含量的降低，这种蚀刻机制的平衡得到改善，并且与较高的含Al成分相比，在低偏压下会导致较低的表面粗糙度。总的来说，对于后处理制造来说，30W以上的所有三种组合物的亚纳米表面粗糙度都是可接受的。

结论

英思特实验发现，当保持压力、ICP功率和总气体流量不变时，Al0.71Ga0.29N的蚀刻速率在高达100 W的偏压功率下呈现线性趋势，而Al0.85Ga0.15N和AlN都呈现接近饱和的非线性蚀刻速率。其结果表明，即使Al的含量发生微小变化，也会导致显著的蚀刻速率和表面形态趋势。同样，所研究的最低Al含量，Al0.71Ga0.29N，随着BCl3与Cl2比率的变化，显示出对表面形态的不同响应。此外，对于高Cl2含量的等离子体蚀刻，其表面氧化导致蚀刻速率的显著降低以及表面粗糙度的增加。

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