GaAs半導體材料刻蝕液的配方的製作方法
2023-05-20 09:33:11 1
專利名稱：GaAs半導體材料刻蝕液的配方的製作方法
技術領域：
本發明涉及化學技術領域，尤其涉及一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方。
背景技術：
隨著電子工業技術的發展，以矽為主的半導體工業是世界上最大規模的工業。近年，以III-V族化合物半導體GaAs為代表的半導體以其高效輸運特性及異質結構帶來的低功耗等特點吸引了大量研究工作，以實現包括生產效率、產率、可集成性、成本等各方面的產業可行性。GaAs是一種禁帶寬度比較小的直接帶隙半導體材料，約為I. 43eV。其電子遷移率很高8000cm2/V. S，介電係數較小12. 9。因此載流子在GaAs中易於傳導。GaAs材料有著豐富的性能，例如，在GaAs材料中摻入磁性雜質原子Mn等，可以形成新型的稀磁半導體材料GaMnAs，實現了半導體材料與磁性的結合；GaAs半導體在光學方面也有著廣泛的應用前景，利用GaAs製作成超晶格結構，可以製備出新型雷射器，常見有AlGaAs/GaAs量子阱雷射器等。正因有著優異的性能，GaAs半導體被廣泛地應用在雷達、衛星電視廣播、超高速計算和光纖通信等多方面，在工業生產和科學研究中有著重要作用。GaAs材料目前可以用液態密封法製備出較好的單晶，但是要想得到需要的結構和性能，則需要對GaAs單晶材料進行化學腐蝕，以便得到需要的結構。溼法刻蝕是一種較為常用的純化學腐蝕方法。其是一種將刻蝕材料浸泡在刻蝕液裡的技術。具有優良的選擇性，刻蝕完當前的薄膜就停止繼續腐蝕，而不會損壞下面一層其他材料。在腐蝕速率方面，不同配比的刻蝕液基本上是各向同性的，但是刻蝕的速率不同，刻蝕液中過氧化氫主要起到把樣品表面氧化，然後由酸進行腐蝕，這是一個連續的過程。酸和過氧化氫的比例不同對腐蝕速率的影響很大。因此需要尋找到GaAs材料溼法刻蝕的最佳刻蝕液配比。目前對GaAs溼法刻蝕的刻蝕液配方主要有用到以下幾種酸磷酸(H3PO4)、醋酸(C2H4O2)、檸檬酸(C6H8O7)等。磷酸和硫酸是無機酸，酸性較強，以這種酸為主的腐蝕液配方腐蝕速率較快，對於薄層的GaAs而言很容易過腐蝕。檸檬酸，醋酸是有機酸，酸性相對較弱。所以對於刻蝕薄層的GaAs樣品，需要對這幾種常用的酸找到較好的配比，使得溼法刻蝕的速率可控。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，以解決GaAs溼法刻蝕中由於腐蝕速率不可控而導致的過腐蝕或者腐蝕不動問題。為了達到上述目的，本發明採用的技術方案如下本發明提供一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括檸檬酸、過氧化氫和去離子水；其是先將檸檬酸和去離子水按預定比例混合，再加入過氧化氫攪拌均勻。其中該刻蝕液是先將Ig的檸檬酸晶體兌入Iml的去離子水中，攪拌均勻，再加入濃度為30%的過氧化氫，檸檬酸晶體與去離子水之和與過氧化氫的體積比為66 I。本發明還提供一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括磷酸、過氧化氫和去離子水；其是將磷酸、過氧化氫和去離子水按預定比例混合，攪拌均勻。其中該刻蝕液是將濃度為98%的磷酸兌入濃度為30%的過氧化氫中和去離子水中，攪拌均勻，該磷酸與過氧化氫和去離子水的體積比為3 I 200。本發明又提供一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括醋酸、過氧化氫和去離子水；其是將醋酸、過氧化氫和去離子水按預定比例混合，攪拌均勻。其中該刻蝕液是將濃度為36%醋酸和濃度為30%過氧化氫和去離子水混合，攪拌均勻，該醋酸和過氧化氫和去離子水的體積比為5 I 150。GaAs的溼法刻蝕中，先使用HCl腐蝕GaAs表面的氧化層，配比腐蝕液時，選用濃度為36%的醋酸(C2H4O2)、濃度為30%的過氧化氫(H2O2)、以及去離子水(H2O)，或者選用濃度98%的磷酸(H3PO4)、濃度為30%的過氧化氫(H2O2)以及去離子水，或者是lg/ml的檸檬酸(C6H8O7)、濃度為30%的過氧化氫(H2O2),分別嚴格按一定的體積比配刻蝕液。使用該優化的配方可以使GaAs刻蝕速率的可控性較好。從上述技術方案中可以看出本發明具有以下有益效果I、使用的醋酸配方中，對GaAs的刻蝕速率控制在I. 2nm/s_l. 5nm/s。2、使用的磷酸配方中，對GaAs的刻蝕速率控制在0. 8nm/s_l. 4nm/s。3、使用的朽1檬酸配方中，對GaAs的刻蝕速率控制在2. Onm/s_2. 8nm/s。4、使用本發明中的刻蝕液配方，腐蝕速率穩定，腐蝕後圖形表面平整,稜角清晰。對其他材料損傷較小，保證溼法刻蝕過程的準確性。5、本發明中所使用的化學藥品是光刻技術中的常用藥品，原料的製備不需要特殊的來源和設備，適合大規模生產。
為了使本發明的目的，技術方案和優點更加清楚，以下結合具體實施例和附圖對本發明進一步闡釋，其中圖I為本發明第一實施例，其是使用檸檬酸晶體、過氧化氫和去離子水組成的刻蝕液對GaAs刻蝕後的效果圖。圖2為本發明第二實施例，其是使用磷酸、過氧化氫和去離子水組成的刻蝕液對GaAs刻蝕後的效果圖。圖3為本發明第三實施例，其是使用醋酸、過氧化氫和去離子水組成的刻蝕液對GaAs刻蝕後的效果圖。
具體實施例方式第一實施例本發明提供一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括檸檬酸、過氧化氫和去離子水；
其是先將檸檬酸和去離子水按預定比例混合，再加入過氧化氫攪拌均勻。其中該刻蝕液是先將Ig的檸檬酸晶體對入Iml的去離子水中，攪拌均勻，再加入濃度為30%的過氧化氫，檸檬酸晶體與去離子水之和與過氧化氫的體積比為66 1，該配比是在常溫下進行。取用GaAs基片，用有機溶劑和無機溶劑清洗GaAs表面，除去各種雜質。其中有機清洗溶劑包括丙酮、三氯乙烯、乙醇，無機溶劑為HCl。依次將GaAs片浸潰於丙酮、三氯乙烯和乙醇中，分別輕微晃動3分鐘。塗上光刻膠，光刻出所需圖形。然後將GaAs樣品浸入濃度為10%的無機溶劑HCl中，清洗約30秒，取出後立即用去離子水清洗乾淨。在室溫下將待刻蝕的GaAs片浸於按上述要求所配比成的檸檬酸和過氧化氫刻蝕液中，並根據所需要的刻蝕深度確定浸潰的時間。刻蝕完畢後立即用去離子水緩慢衝洗乾淨，觀察刻蝕結果如圖I所示。第二實施例本發明又提供一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括磷酸、過氧化氫和去離子水；其是將磷酸、過氧化氫和去離子水按預定比例混合，攪拌均勻。其中該刻蝕液是將濃度為98%的磷酸兌入濃度為30%的過氧化氫中和去離子水中，攪拌均勻，該磷酸與過氧化氫和去離子水的體積比為3 I 200，該配比是在常溫下進行。取用GaAs基片，使用和第一實施例中相同的有機溶劑和無機溶劑清洗GaAs表面，除去各種雜質。依次將GaAs片浸潰於丙酮、三氯乙烯和乙醇中，分別輕微晃動3分鐘。塗上光刻膠，光刻出所需圖形。然後將GaAs樣品浸入濃度為10%的無機溶劑HCl中，清洗約30秒，取出後立即用去離子水清洗乾淨。在室溫下將待刻蝕的GaAs片浸於按上述要求所配比成的磷酸、過氧化氫和去離子水刻蝕液中，並根據所需要的刻蝕深度確定浸潰的時間。刻蝕完畢後立即用去離子水緩慢衝洗乾淨，觀察刻蝕結果如圖2所示。第三實施例本發明還提供一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括醋酸、過氧化氫和去離子水；其是將醋酸、過氧化氫和去離子水按預定比例混合，攪拌均勻。其中該刻蝕液是將濃度為36%醋酸和濃度為30%過氧化氫和去離子水混合，攪拌均勻，該醋酸和過氧化氫和去離子水的體積比為5 I 150，該配比是在常溫下進行。取用GaAs基片，使用和第一實施例中相同的有機溶劑和無機溶劑清洗GaAs表面，除去各種雜質。依次將GaAs片浸潰於丙酮、三氯乙烯和乙醇中，分別輕微晃動3分鐘。塗上光刻膠，光刻出所需圖形。然後將GaAs樣品浸入濃度為10%的無機溶劑HCl中，清洗約30秒，取出後立即用去離子水清洗乾淨。在室溫下將待刻蝕的GaAs片浸於按上述要求所配比成的醋酸、過氧化氫和去離子水刻蝕液中，並根據所需要的刻蝕深度確定浸潰的時間。刻蝕完畢後立即用去離子水緩慢衝洗乾淨，觀察刻蝕結果如圖3所示。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括 檸檬酸、過氧化氫和去離子水； 其是先將檸檬酸和去離子水按預定比例混合，再加入過氧化氫攪拌均勻。
2.根據權利要求I中所述的GaAs半導體材料刻蝕液的配方，其中該刻蝕液是先將Ig的檸檬酸晶體兌入Iml的去離子水中，攪拌均勻，再加入濃度為30%的過氧化氫，檸檬酸晶體與去離子水之和與過氧化氫的體積比為66 I。
3.—種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括 磷酸、過氧化氫和去離子水； 其是將磷酸、過氧化氫和去離子水按預定比例混合，攪拌均勻。
4.根據權利要求3中所述的GaAs半導體材料刻蝕液的配方，其中該刻蝕液是將濃度為98%的磷酸兌入濃度為30%的過氧化氫中和去離子水中，攪拌均勻，該磷酸與過氧化氫和去離子水的體積比為3 I 200。
5.—種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括 醋酸、過氧化氫和去離子水； 其是將醋酸、過氧化氫和去離子水按預定比例混合，攪拌均勻。
6.根據權利要求5中所述的GaAs半導體材料刻蝕液的配方，其中該刻蝕液是將濃度為36%醋酸和濃度為30%過氧化氫和去離子水混合，攪拌均勻，該醋酸和過氧化氫和去離子水的體積比為5 I 150。
全文摘要
本發明一種GaAs半導體材料刻蝕液的配方，包括檸檬酸、過氧化氫和去離子水；其是先將檸檬酸和去離子水按預定比例混合，再加入過氧化氫攪拌均勻。其中該刻蝕液是先將1g的檸檬酸晶體兌入1ml的去離子水中，攪拌均勻，再加入濃度為30％的過氧化氫，檸檬酸晶體與去離子水之和與過氧化氫的體積比為66∶1。使用的本發明檸檬酸配方中，對GaAs材料的刻蝕速率控制在2.0nm/s-2.8nm/s。
文檔編號C09K13/00GK102627972SQ20121007973
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者李炎勇, 王開友 申請人:中國科學院半導體研究所