引言
由于氮化镓(GaN)半导体可以维持高电压和高电流，其经常作为高功率微电子器件的选择材料。 在本文中，英思特研究了暴露于Cl2等离子体的GaN表面的物理化学改性，我们根据所使用的载体晶片(Si、SiO2、Si3N4、光致抗蚀剂)，在不同偏压下在Cl2等离子体中蚀刻高达100nm后，对GaN表面进行了彻底的表征。本文的目的是评估在蚀刻过程中存在其他化学性质的材料时，GaN表面的蚀刻损伤和污染。利用XPS和AFM测量详细研究了腐蚀条件对腐蚀GaN薄膜表面形貌和化学成分的影响。
实验与讨论
样品由在4英寸蓝宝石(0001)上外延生长的3.9微米厚的GaN膜组成，实验在300毫米ICP(电感耦合等离子体)蚀刻工具中进行。 在Cl2等离子体中蚀刻硅时，SiCl4是主要的蚀刻副产物。光致抗蚀剂载体晶片的蚀刻很可能形成挥发性的化学反应中性物质。此外，碳氢化合物物种的存在可能形成碳氢化合物蚀刻产物，例如Ga(CH3)3。对于SiO2和Si3N4载体晶片，气相反应可能形成不挥发的SiOx或SiNx活性中性物质。 将GaN样品贴在四个不同的载体晶片上，并使用实验装置中提到的条件暴露于Cl2等离子体。只有偏置功率从0W变化到90W，对应于Vp到200V的偏置电势。图1显示了载体晶片蚀刻速率、GaN蚀刻速率和选择性与偏置电势的函数关系以及载体晶片的化学性质。由于每个晶片的物理性质，等离子体/表面相互作用必然不同，即使在暴露于几乎相同的Cl2等离子体期间也是如此。
图1
通过图1我们可以观察到载体晶片对GaN蚀刻速率的影响。在这种情况下，由于晶片的氯消耗，在载体晶片蚀刻速率和GaN蚀刻速率之间存在关系。载体晶片蚀刻得越快，GaN蚀刻速率越低。这是由于负载效应，化学反应中性物(主要是原子氯)被载体晶片消耗，并且较少可用于GaN蚀刻。GaN蚀刻速率也随着离子能量而增加。 当暴露于Cl2等离子体时，GaN表面粗糙度随时间的变化（如图2），原生GaN表面的AFM图像显示了外延生长的原子台阶特征，并且还揭示了位于表面台阶末端的一些点缺陷。通过将GaN表面暴露于未加偏压的Cl2等离子体，在GaN表面上形成位于原子台阶终点的六角锥形凹坑。 这些蚀坑的直径和深度随着处理时间的增加而增加,但是它们的密度依旧保持恒定，并且与生长样品相似。这导致RMS粗糙度随着等离子体暴露时间而增加。英思特根据凹坑的位置和它们的密度与生长样品的相似的现象，发现GaN样品的缺陷区域在未加偏压的Cl2等离子体下优先被蚀刻掉。
图2：氮化镓表面的AFM图像
结论
在本研究中，在不同的偏压下并根据所使用的载体晶片(Si、SiO2、Si3N4、光刻胶)，英思特研究了载体晶片在GaN蚀刻期间的影响。 GaN蚀刻特性对等离子体的物理化学性质非常敏感，与SiO2和Si3N4相比，Si和光致抗蚀剂载体晶片的较高蚀刻速率导致显著的氯消耗，这又导致较低的GaN蚀刻速率，并导致GaN:晶片选择性的显著差异。 江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护，联系人吴经理，联系电话18014374656（微信同号）
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发表于 2023-12-11 16:10:56
