專利名稱：InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件或部件的制造或處理技術領域，尤其是InAlN材料的腐蝕方法。
背景技術：
在半導體制造工藝中，選擇腐蝕技術中是一項關鍵的技術，如GaAs HBT器件制造工藝中的GaAs對InGaP的選擇腐蝕終止于InGaP，GaAs PHEMT器件制造工藝中的GaAs對 AlAs的選擇腐蝕終止于AlAs等。在寬禁帶半導體中，由于fei-N，Al-N, 等的結合鍵能很強，導致寬禁帶半導體(半導體由In，Ga, Al，N至少兩種元素以上組成)具有極強的化學穩定性，濕法化學腐蝕較為困難，特別是對(0001)面GaN的腐蝕。上世紀九十年代末，人們發現了加熱的含KOH堿性溶液能夠對InxAlN (0 ^ X < 1)進行腐蝕，而對含( 的寬禁帶半導體材料(如GaN、InxGaNaixGaN)不腐蝕或腐蝕極慢。但是這種選擇性的腐蝕其速率強烈地依賴于^xAlN晶體的質量，存在對高質量晶體腐蝕速度慢，InxAlN的去除效果不好， 如表面粗糙、有殘留等問題，這會影響這種腐蝕技術在半導體制造工藝中的實際應用。數字腐蝕的概念是于1999年第一次由Bozada等人針對GaAs的腐蝕工藝提出的， 見美國專利US6004881。數字腐蝕基于如下的概念把原先GaAs腐蝕中氧化腐蝕過程分解為氧化和腐蝕，一個腐蝕循環過程是包括兩步工藝，一步是利用擴散限制原理用H2A水沖洗對半導體進行氧化，第二步是用腐蝕液對半導體表面的氧化層有選擇性的去除，經過數次循環過程實現對半導體的腐蝕。本申請提出了一種酸堿交替的二元準數字腐蝕方法，解決了上文提及的InAlN選擇腐蝕工藝存在的表面粗糙、有殘留等工藝問題。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法， 解決了現有技術中濕法化學選擇腐蝕去除^xAlN層時表面粗糙、有殘留的工藝問題。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是=InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，包括以下步驟
(1)堿性腐蝕液腐蝕InxAlN 將待腐蝕^xAlN晶圓片用堿性腐蝕液腐蝕，堿性腐蝕液為一切能腐蝕MxAlN材料的堿性溶液；堿性腐蝕液腐蝕MxAlN的溫度T為30°C < T < 100°C， 0 ^ χ < I0堿性腐蝕液腐蝕MxAlN后用去離子水沖洗MxAlN晶圓片，再用氮氣吹干。(2)酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物用酸性腐蝕液腐蝕^ixAlN晶圓片，酸性腐蝕液為HCl、HF、H3PO4或HNO3的水溶液；酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物的溫度T為OV < T 彡 100°C,0 彡 χ < 1。酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物后用去離子水沖洗^xAlN晶圓片，再用氮氣吹干。(3)按先步驟(1)后步驟(2)的順序或先步驟(2)后步驟(1)的順序循環至達到腐蝕要求，循環結束于步驟(1)或步驟(2)。
InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕對象為hxAlN對GaN、AlxGaN, InxGaN或 InAlGaNjO 彡 X < 1。對于InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，可以從堿性腐蝕液腐蝕LxAlN開始，也可以從酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物開始；同時腐蝕過程可以在堿性或酸性腐蝕溶液腐蝕后結束，最后一次腐蝕過程可以為半個循環。用堿性溶液腐蝕^xAlN過程中，用原子力顯微鏡(AFM)在樣品表面發現了顆粒狀殘余物如圖1所示。這種顆粒狀殘余物不溶于堿性溶液，對腐蝕起到了阻礙作用，影響腐蝕效果。但是酸性溶液可以對這種顆粒狀殘余物有選擇的去除，堿性溶液腐蝕后再用酸性溶液腐蝕去除顆粒狀殘余物后如圖2所示。hxAlN/GaN結構^xAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕完成后的GaN表面如圖3所示，其粗糙度(RMS)可以小于0. 5nm，可以看見feiN的分子臺階。采用上述技術方案所產生的有益效果在于
解決了現有技術中濕法化學選擇腐蝕去除^xAlN層時表面粗糙、有殘留的工藝問題， 實現高質量的選擇腐蝕。可應用于在^xAlN相關器件的制造工藝，如帶有腐蝕終止層柵挖槽工藝、以MxAlN為犧牲層MEMS器件制造工藝和外延層剝離工藝等。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是堿性溶液腐蝕后的InAlN表面；
圖2是堿性溶液腐蝕后再用酸性溶液腐蝕去除顆粒狀殘余物后的InAlN表面； 圖3是hxAlN/GaN結構^xAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕完成后的GaN表面。圖1、圖2、圖3為同一原子力顯微鏡(AFM)在同一樣品，同比例放大的圖片，其他觀測參數均相同。
具體實施例方式實施例1
1、堿性腐蝕液腐蝕^xAlN 將晶圓片用10wt%的KOH水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度為 85°C，用去離子水沖水5min，氮氣吹干。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用5wt%的HCl水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度22 °C，用去離子水沖水5min，氮氣吹干。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對MxAlN的選擇腐蝕，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)為0. 8nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/GaN異質結構的晶圓片，x=0. 17。實施例2
1、堿性腐蝕液腐蝕^xAlN 將晶圓片用8wt%的NaOH水溶液腐蝕2min，腐蝕溫度為 700C，用去離子水沖水6min，氮氣吹干。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用10襯％的冊水溶液腐蝕:3min，腐蝕溫度15 °C，用去離子水沖水％iin，氮氣吹干。
3、循環進行步驟1和步驟2至完成對MxAlN的選擇腐蝕，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)為0. 9nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/GaN異質結構的晶圓片，x=0. 17。實施例3
1、堿性腐蝕液腐蝕MxAlN 將晶圓片用15wt%的TMAH水溶液腐蝕3min，腐蝕溫度為 85°C，用去離子水沖水5min，氮氣吹干。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用10wt% WH3PO4水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度80 °C，用去離子水沖水5min，氮氣吹干。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對MxAlN的選擇腐蝕，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)為1. lnm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/GaN異質結構的晶圓片，x=0. 17。實施例4
1、堿性腐蝕液腐蝕^xAlN 將晶圓片用10wt%的KOH水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度為 65°C，用去離子水沖水3min，氮氣吹干。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用6wt%的HNO3水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度30 V，用去離子水沖水5min，氮氣吹干。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對MxAlN的選擇腐蝕，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)為0. 8nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/GaN異質結構的晶圓片，x=0. 17，晶圓片上有Si3N4腐蝕掩模。實施例5
1、堿性腐蝕液腐蝕^xAlN 將晶圓片用8wt%的NaOH水溶液腐蝕2min，腐蝕溫度為 90 "C。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用10wt%的HCl水溶液腐蝕3min，腐蝕溫度25 °C。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對MxAlN的選擇腐蝕，完全去除MxAlN后的 GaN表面，其粗糙度(RMS)為1. 2nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/GaN異質結構的晶圓片，x=0. 15，晶圓片上有Si3N4腐蝕掩模。實施例6
1、堿性腐蝕液腐蝕hxAIN (X=0，A1N):將晶圓片用15wt%的TMAH水溶液腐蝕3min，腐蝕溫度為75°C。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用10wt% WH3PO4水溶液腐蝕Imin，腐蝕溫度40 °C。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對AlN的選擇腐蝕，完全去除AlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)為0. 95nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有AIN/GaN異質結構的晶圓片。實施例7
1、堿性腐蝕液腐蝕^xAlN 將晶圓片用8wt%的NaOH水溶液腐蝕2min，腐蝕溫度為 IOO0C，用去離子水沖水6min，氮氣吹干。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用10襯％的冊水溶液腐蝕3min，腐蝕溫度5 V，用去離子水沖水％iin，氮氣吹干。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對hxAlN的腐蝕，完全去除hxAlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)為0. 45nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/GaN異質結構的晶圓片，x=0. 17。實施例8
1、堿性腐蝕液腐蝕MxAlN 將晶圓片用15wt%的TMAH水溶液腐蝕3min，腐蝕溫度為 35°C，用去離子水沖水5min，氮氣吹干。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用10wt% WH3PO4水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度100 °C，用去離子水沖水5min，氮氣吹干。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對hxAlN的腐蝕，完全去除hxAlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)為0. 65nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/IniUGaN異質結構的晶圓片，x=0. 17。實施例9
1、堿性腐蝕液腐蝕^xAlN 將晶圓片用10wt%的KOH水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度為 65°C，用去離子水沖水3min，氮氣吹干。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用6wt%的HNO3水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度30 V，用去離子水沖水5min，氮氣吹干。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對hxAlN的腐蝕，完全去除hxAlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)SO. 7nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/InxfeiN異質結構的晶圓片，x=0. 17，晶圓片上有Si3N4腐蝕掩模。實施例10
1、堿性腐蝕液腐蝕^xAlN 將晶圓片用8wt%的NaOH水溶液腐蝕2min，腐蝕溫度為 100°C。2、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將上述第1步后的晶圓片用10襯％的冊水溶液腐蝕:3min，腐蝕溫度5 °C。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對hxAlN的腐蝕，完全去除hxAlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)為1.3nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有hxAlN/AlxGaN異質結構的晶圓片，x=0. 15，晶圓片上有Si3N4腐蝕掩模。實施例11
1、酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物將晶圓片用10wt% WH3PO4水溶液腐蝕lmin，腐蝕溫度 100 0C。2、堿性腐蝕液腐蝕MxAlN 將上述第1步后的晶圓片用15wt%的TMAH水溶液腐蝕 3min，腐蝕溫度為;35°C。3、循環進行步驟1和步驟2至完成對AlN的腐蝕，完全去除AlN后的GaN表面，其粗糙度(RMS)為0. 75nm。晶圓片為在Si或SiC或sapphire或GaN上生長具有AIN/InAlGaN異質結構的晶圓片。
權利要求
1.InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，其特征在于包括以下步驟(1)堿性腐蝕液腐蝕^xAlN將待腐蝕^ixAlN晶圓片用堿性腐蝕液腐蝕，堿性腐蝕液為能腐蝕MxAlN材料的堿性溶液，01 ；(2)酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物用酸性腐蝕液腐蝕^xAlN晶圓片，酸性腐蝕液為 HCl、HF、H3PO4 或 HNO3 的水溶液，0 ^ χ < 1 ；(3)按先步驟(1)后步驟(2)的順序或先步驟(2)后步驟(1)的順序循環至達到腐蝕要求，循環結束于步驟(1)或步驟(2)。
2.如權利要求1所述的InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，其特征在于堿性腐蝕液腐蝕InxAlN的溫度T為30°C< T彡100°C,0彡χ < 1。
3.如權利要求1所述的InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，其特征在于酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物的溫度T為0°C< T < 100°C。
4.如權利要求1所述的InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，其特征在于步驟(1)中將待腐蝕InxAlN晶圓片用堿性腐蝕液腐蝕后用去離子水沖洗^xAlN晶圓片，再用氮氣吹干，0彡χ < 1。
5.如權利要求1所述的InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，其特征在于步驟(2)中用酸性腐蝕液腐蝕^ixAlN晶圓片后用去離子水沖洗^ixAlN晶圓片，再用氮氣吹干， 0 ^ χ < I0
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，其特征在于堿性腐蝕液為KOH、NaOH或TMAH的水溶液。
全文摘要
本發明公開了InAlN材料的酸堿交替選擇濕法腐蝕方法，涉及半導體器件或部件的制造或處理技術領域，包括以下步驟(1)堿性腐蝕液腐蝕InxAlN將待腐蝕InxAlN晶圓片用堿性腐蝕液腐蝕，堿性腐蝕液為能腐蝕InxAlN材料的堿性溶液，0≤x＜1；(2)酸性腐蝕液清洗顆粒狀殘余物用酸性腐蝕液腐蝕InxAlN晶圓片，0≤x＜1；(3)按先步驟(1)后步驟(2)的順序或先步驟(2)后步驟(1)的順序循環至達到腐蝕要求，循環結束于步驟(1)或步驟(2)。本發明解決了現有技術中濕法化學選擇腐蝕去除InxAlN層時表面粗糙、有殘留的工藝問題，實現高質量的選擇腐蝕。
文檔編號H01L21/306GK102299066SQ20111028305
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者馮志紅, 劉波, 房玉龍, 敦少博, 王晶, 邢東 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所