通过热增强提高氮化镓的湿蚀刻速率报告

通过增加过硫酸盐(S2O82-)离子溶液的温度和254n波长紫外线(UVC)暴露，硫酸镓(氮化镓)的非接触光电化学(CL-PEC(UVC)(Horikiri等人，Appl。系统。25纳米/分钟的速率可以导致足够的通过制造过程的速率。窄带隙铟氮化镓(InGaN)层将允许设计CL-PEC发射蚀刻过程，如果只有一个带隙响应进入射光子，这是不可能的。

基于gan的电子设备正在开发中，用于5G无线网络移动基站和其他高功率应用，基于低比电阻和高功耗电压。这种设备需要蚀刻过程，导致低表面损伤的电气隔离、台面、沟槽和栅槽。表面损伤会导致不必要的泄漏电流的路径。通过工艺，需要超过100纳米/分钟的速率。通过对钾(K2S2O8)和钠(na2S2o8)过硫酸盐作为so4自由基阴离子来源的一系列实验研究，选择了过硫酸铵(nh4)2s2o8溶液，因为它在室温下的水溶度为1.95M(摩尔/升)，而其他选择分别为0.18M和1.5M。

除了产生高浓度的S2O82-离子外，该溶液是“无碱”的，这被认为是尽量减少了下游工艺步骤的污染。蚀刻实验是在一个4英寸的手动掩模对准器系统中进行的，其紫外线辐射来自一个高压汞灯。由于氮化镓样品的后侧被用作电化学过程的阴极，所以它被放置在小的样品上反应烧杯中含有0.4毫米厚的蓝宝石芯片，允许电解质进入。

蚀刻是在6mmx6mm片上进行的，该样品来自直径2英寸的独立氮化镓样品，具有为肖特基势垒二极管设计的金属有机气相外延(MOVPE)层。独立的氮化镓是蓝宝石空隙辅助分离法生产的。蚀刻的掩模是使用自旋工艺生产的二氧化硅，使用光刻和缓冲氢氟酸蚀刻绘制图案。实验分别用0.25M和0.025M(nh4)2s2o8浓度的电解质进行。用一个热板来控制温度。紫外光发出254nm波长的UVC，芯片的功率密度为2mW/cm2。在80°C下，加热和高(nh4)2s2o8浓度使其在80°C下的蚀刻速率约为25nm/分钟，而在室温下约为5nm/分钟(图1)。

图1蚀速率与电解质温度的关系。折线：热或UVC对S2O82离子产生的so4自由基的趋势指南。由于so4-的高生成率，25nm/分钟的值“大约比以前的研究报告的值高出10倍。”低0.025M浓度的电解质表现不明显热效应这种变化似乎与0.25M溶液在高温下的酸度更大有关，如较低的pH所示(图2 热辅助CL-PEC蚀刻实验中的温度和pH与工艺时间的关系)。应用热将更多的S2O82-分裂成硫酸盐自由基so4-阴离子。氧化还原电子和空穴转移的蚀刻过程如下：氮化镓+光载流子(3h++3e-)+3SO4--->Ga3++3SO4 2-+1⁄2N2(g)。

审核编辑：汤梓红