《炬丰科技-半导体工艺》InP湿法化学蚀刻-去除氧化物
书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：InP湿法化学蚀刻-去除氧化物
编号：JFKJ-21-483
作者：炬丰科技
摘要
已经在 HCl 和 H2SO4 溶液中研究了 InP 及其天然氧化物的湿化学蚀刻，以创建无氧化物表面。(100) InP 表面未在 2 M HCl 和 6 M H2SO4 中蚀刻。由于这些浓度的 Vetch <0.1 nm/min，可以有效去除 OFOD 处理后的天然氧化物，而不会显着蚀刻表面，这通过接触角测量、椭圆光度法和 X 射线光电子能谱法证实。STM 和 AFM 测量表明，在 OFOD 处理和随后的氧化物去除后，由于原子平台的产生，可以获得非常光滑的表面。在 6 M H2SO4 中，这些阶地的大小可以增加到微米级。此外，表明在氧气存在下，n 型 InP 在湿法处理过程中被光刻/氧化。
介绍
对于过去和现在的技术节点，集成电路中的晶体管是在硅衬底上制造的，在某些情况下，使用 SiGe 合金。为了满足缩放路线图的未来要求，下一代晶体管（即 7 nm 节点及以上）将基于高迁移率 III-V 化合物半导体。到 为了具有成本效益，III-V 族材料将集成在 Si 衬底上。在本文的 A 部分，我们展示了这种技术的可能集路线；使用 InP 缓冲和 InGaAs 沟道层的基于量子阱的 III-V 晶体管。晶体管的制造包括许多不同的加工步骤，其中涉及多次暴露于化学溶液。这些湿处理的目标是获得明确定义的表面（即没有污染物和化学计量），这对于获得良好的界面特性和器件性能至关重要。
实验性
半导体可以通过纯化学机制溶解，其特点是表面载流子浓度对蚀刻速率没有任何影响。对于双功能卤素或 H2O2 分子观察到这种蚀刻行为，它们能够或多或少同时与半导体表面形成两个新键。对于 GaAs 在溴溶液中的溶解，提出了一个协调的反应序列，包括 Ga-As 和 Br-Br 键的断裂以及 Ga-Br 和 As-Br 键的同时形成。4Notten 为 InP 在 HCl 中的溶解提出了类似的溶解机制。通过改变解离常数，表明蚀刻速率完全由分子（未解离的）HCl 的浓度决定。在水溶液中，HCl 大部分离解。因此，获得足够高浓度的未离解 HCl 需要最低 HCl 浓度。很明显，蚀刻半导体所需的最小浓度大于 2 M HCl（未解离的 HCl 部分在 μM-mM 范围内）。InP 在 HCl 中的蚀刻遵循两步机制。第一个蚀刻步骤涉及键的同步交换：In-Cl 和 P-H 键取代了原始的 H-Cl 和 In-P 键 (k1)。随后，两个剩余的表面键以类似的方式断裂，以从晶格 (k2) 中移除每个原子。
结果和讨论
InP 在酸性溶液中的化学蚀刻。显示了 HCl 浓度对 SI (100) InP 化学蚀刻速率的影响。蚀刻速率刻度是对数的，直线用作眼睛的指南。此外，通过 AFM 测量的 RMS 粗糙度绘制为 HCl 浓度的函数。对于 2M HCl，蚀刻速率可以忽略不计；即 0.1 纳米/分钟。在此浓度范围内未观察到诱导的表面粗糙化（未处理的 In衬底的 RMS 值为 0.22 nm）。对于 >2 M HCl，3 M 和 4 M HCl 的蚀刻速率分别从 1 nm/min 快速增加到 7 nm/min。由于酸对半导体的各向异性侵蚀，蚀刻速率的增加伴随着表面粗糙度的显着增加。对于 > 5 M HCl PH3 的形成变得重要并且气泡形成是可见的。典型的船形蚀刻坑沿 [011¯] 方向排列（见最后一节）。
结论
已经在 HCl 和 H SO 溶液中研究了 InP 及其天然氧化物的湿化学蚀刻。(100) InP 表面不是在 2 M HCl (Vetch < 0.1 nm/min) 中蚀刻。可以在 2 M HCl 和 2 M H2SO4 中有效去除，如接触角测量、椭圆光度法和 X 射线光电子能谱所证实。对于“干燥”的天然氧化物，由于密度较高，溶解速率较低。STM 和 AFM 测量表明，在 OFOD 处理和随后的氧化物去除后，由于形成了阶地，可以获得非常光滑的表面。
