CN102627972A - GaAs半导体材料刻蚀液的配方 - Google Patents

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Abstract

本发明一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：柠檬酸、过氧化氢和去离子水；其是先将柠檬酸和去离子水按预定比例混合，再加入过氧化氢搅拌均匀。其中该刻蚀液是先将1g的柠檬酸晶体兑入1ml的去离子水中，搅拌均匀，再加入浓度为30％的过氧化氢，柠檬酸晶体与去离子水之和与过氧化氢的体积比为66∶1。使用的本发明柠檬酸配方中，对GaAs材料的刻蚀速率控制在2.0nm/s-2.8nm/s。

Description

GaAs半导体材料刻蚀液的配方
技术领域
本发明涉及化学技术领域，尤其涉及一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方。
背景技术
随着电子工业技术的发展，以硅为主的半导体工业是世界上最大规模的工业。近年，以III-V族化合物半导体GaAs为代表的半导体以其高效输运特性及异质结构带来的低功耗等特点吸引了大量研究工作，以实现包括生产效率、产率、可集成性、成本等各方面的产业可行性。
GaAs是一种禁带宽度比较小的直接带隙半导体材料，约为1.43eV。其电子迁移率很高8000cm2/V.s，介电系数较小12.9。因此载流子在GaAs中易于传导。GaAs材料有着丰富的性能，例如，在GaAs材料中掺入磁性杂质原子Mn等，可以形成新型的稀磁半导体材料GaMnAs，实现了半导体材料与磁性的结合；GaAs半导体在光学方面也有着广泛的应用前景，利用GaAs制作成超晶格结构，可以制备出新型激光器，常见有AlGaAs/GaAs量子阱激光器等。正因有着优异的性能，GaAs半导体被广泛地应用在雷达、卫星电视广播、超高速计算和光纤通信等多方面，在工业生产和科学研究中有着重要作用。
GaAs材料目前可以用液态密封法制备出较好的单晶，但是要想得到需要的结构和性能，则需要对GaAs单晶材料进行化学腐蚀，以便得到需要的结构。湿法刻蚀是一种较为常用的纯化学腐蚀方法。其是一种将刻蚀材料浸泡在刻蚀液里的技术。具有优良的选择性，刻蚀完当前的薄膜就停止继续腐蚀，而不会损坏下面一层其他材料。在腐蚀速率方面，不同配比的刻蚀液基本上是各向同性的，但是刻蚀的速率不同，刻蚀液中过氧化氢主要起到把样品表面氧化，然后由酸进行腐蚀，这是一个连续的过程。酸和过氧化氢的比例不同对腐蚀速率的影响很大。因此需要寻找到GaAs材料湿法刻蚀的最佳刻蚀液配比。
目前对GaAs湿法刻蚀的刻蚀液配方主要有用到以下几种酸：磷酸(H3PO4)、醋酸(C2H4O2)、柠檬酸(C6H8O7)等。磷酸和硫酸是无机酸，酸性较强，以这种酸为主的腐蚀液配方腐蚀速率较快，对于薄层的GaAs而言很容易过腐蚀。柠檬酸，醋酸是有机酸，酸性相对较弱。所以对于刻蚀薄层的GaAs样品，需要对这几种常用的酸找到较好的配比，使得湿法刻蚀的速率可控。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，以解决GaAs湿法刻蚀中由于腐蚀速率不可控而导致的过腐蚀或者腐蚀不动问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
柠檬酸、过氧化氢和去离子水；
其是先将柠檬酸和去离子水按预定比例混合，再加入过氧化氢搅拌均匀。
其中该刻蚀液是先将1g的柠檬酸晶体兑入1ml的去离子水中，搅拌均匀，再加入浓度为30％的过氧化氢，柠檬酸晶体与去离子水之和与过氧化氢的体积比为66∶1。
本发明还提供一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
磷酸、过氧化氢和去离子水；
其是将磷酸、过氧化氢和去离子水按预定比例混合，搅拌均匀。
其中该刻蚀液是将浓度为98％的磷酸兑入浓度为30％的过氧化氢中和去离子水中，搅拌均匀，该磷酸与过氧化氢和去离子水的体积比为3∶1∶200。
本发明又提供一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
醋酸、过氧化氢和去离子水；
其是将醋酸、过氧化氢和去离子水按预定比例混合，搅拌均匀。
其中该刻蚀液是将浓度为36％醋酸和浓度为30％过氧化氢和去离子水混合，搅拌均匀，该醋酸和过氧化氢和去离子水的体积比为5∶1∶150。
GaAs的湿法刻蚀中，先使用HCl腐蚀GaAs表面的氧化层，配比腐蚀液时，选用浓度为36％的醋酸(C2H4O2)、浓度为30％的过氧化氢(H2O2)、以及去离子水(H2O)，或者选用浓度98％的磷酸(H3PO4)、浓度为30％的过氧化氢(H2O2)以及去离子水，或者是1g/ml的柠檬酸(C6H8O7)、浓度为30％的过氧化氢(H2O2)，分别严格按一定的体积比配刻蚀液。使用该优化的配方可以使GaAs刻蚀速率的可控性较好。
从上述技术方案中可以看出本发明具有以下有益效果：
1、使用的醋酸配方中，对GaAs的刻蚀速率控制在1.2nm/s-1.5nm/s。
2、使用的磷酸配方中，对GaAs的刻蚀速率控制在0.8nm/s-1.4nm/s。
3、使用的柠檬酸配方中，对GaAs的刻蚀速率控制在2.0nm/s-2.8nm/s。
4、使用本发明中的刻蚀液配方，腐蚀速率稳定，腐蚀后图形表面平整，棱角清晰。对其他材料损伤较小，保证湿法刻蚀过程的准确性。
5、本发明中所使用的化学药品是光刻技术中的常用药品，原料的制备不需要特殊的来源和设备，适合大规模生产。
附图说明
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例和附图对本发明进一步阐释，其中：
图1为本发明第一实施例，其是使用柠檬酸晶体、过氧化氢和去离子水组成的刻蚀液对GaAs刻蚀后的效果图。
图2为本发明第二实施例，其是使用磷酸、过氧化氢和去离子水组成的刻蚀液对GaAs刻蚀后的效果图。
图3为本发明第三实施例，其是使用醋酸、过氧化氢和去离子水组成的刻蚀液对GaAs刻蚀后的效果图。
具体实施方式
第一实施例
本发明提供一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
柠檬酸、过氧化氢和去离子水；
其是先将柠檬酸和去离子水按预定比例混合，再加入过氧化氢搅拌均匀。
其中该刻蚀液是先将1g的柠檬酸晶体对入1ml的去离子水中，搅拌均匀，再加入浓度为30％的过氧化氢，柠檬酸晶体与去离子水之和与过氧化氢的体积比为66∶1，该配比是在常温下进行。
取用GaAs基片，用有机溶剂和无机溶剂清洗GaAs表面，除去各种杂质。其中有机清洗溶剂包括丙酮、三氯乙烯、乙醇，无机溶剂为HCl。依次将GaAs片浸渍于丙酮、三氯乙烯和乙醇中，分别轻微晃动3分钟。涂上光刻胶，光刻出所需图形。然后将GaAs样品浸入浓度为10％的无机溶剂HCl中，清洗约30秒，取出后立即用去离子水清洗干净。在室温下将待刻蚀的GaAs片浸于按上述要求所配比成的柠檬酸和过氧化氢刻蚀液中，并根据所需要的刻蚀深度确定浸渍的时间。刻蚀完毕后立即用去离子水缓慢冲洗干净，观察刻蚀结果如图1所示。
第二实施例
本发明又提供一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
磷酸、过氧化氢和去离子水；
其是将磷酸、过氧化氢和去离子水按预定比例混合，搅拌均匀。
其中该刻蚀液是将浓度为98％的磷酸兑入浓度为30％的过氧化氢中和去离子水中，搅拌均匀，该磷酸与过氧化氢和去离子水的体积比为3∶1∶200，该配比是在常温下进行。
取用GaAs基片，使用和第一实施例中相同的有机溶剂和无机溶剂清洗GaAs表面，除去各种杂质。依次将GaAs片浸渍于丙酮、三氯乙烯和乙醇中，分别轻微晃动3分钟。涂上光刻胶，光刻出所需图形。然后将GaAs样品浸入浓度为10％的无机溶剂HCl中，清洗约30秒，取出后立即用去离子水清洗干净。在室温下将待刻蚀的GaAs片浸于按上述要求所配比成的磷酸、过氧化氢和去离子水刻蚀液中，并根据所需要的刻蚀深度确定浸渍的时间。刻蚀完毕后立即用去离子水缓慢冲洗干净，观察刻蚀结果如图2所示。
第三实施例
本发明还提供一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
醋酸、过氧化氢和去离子水；
其是将醋酸、过氧化氢和去离子水按预定比例混合，搅拌均匀。
其中该刻蚀液是将浓度为36％醋酸和浓度为30％过氧化氢和去离子水混合，搅拌均匀，该醋酸和过氧化氢和去离子水的体积比为5∶1∶150，该配比是在常温下进行。
取用GaAs基片，使用和第一实施例中相同的有机溶剂和无机溶剂清洗GaAs表面，除去各种杂质。依次将GaAs片浸渍于丙酮、三氯乙烯和乙醇中，分别轻微晃动3分钟。涂上光刻胶，光刻出所需图形。然后将GaAs样品浸入浓度为10％的无机溶剂HCl中，清洗约30秒，取出后立即用去离子水清洗干净。在室温下将待刻蚀的GaAs片浸于按上述要求所配比成的醋酸、过氧化氢和去离子水刻蚀液中，并根据所需要的刻蚀深度确定浸渍的时间。刻蚀完毕后立即用去离子水缓慢冲洗干净，观察刻蚀结果如图3所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
柠檬酸、过氧化氢和去离子水；
其是先将柠檬酸和去离子水按预定比例混合，再加入过氧化氢搅拌均匀。
2.根据权利要求1中所述的GaAs半导体材料刻蚀液的配方，其中该刻蚀液是先将1g的柠檬酸晶体兑入1ml的去离子水中，搅拌均匀，再加入浓度为30％的过氧化氢，柠檬酸晶体与去离子水之和与过氧化氢的体积比为66∶1。
3.一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
磷酸、过氧化氢和去离子水；
其是将磷酸、过氧化氢和去离子水按预定比例混合，搅拌均匀。
4.根据权利要求3中所述的GaAs半导体材料刻蚀液的配方，其中该刻蚀液是将浓度为98％的磷酸兑入浓度为30％的过氧化氢中和去离子水中，搅拌均匀，该磷酸与过氧化氢和去离子水的体积比为3∶1∶200。
5.一种GaAs半导体材料刻蚀液的配方，包括：
醋酸、过氧化氢和去离子水；
其是将醋酸、过氧化氢和去离子水按预定比例混合，搅拌均匀。
6.根据权利要求5中所述的GaAs半导体材料刻蚀液的配方，其中该刻蚀液是将浓度为36％醋酸和浓度为30％过氧化氢和去离子水混合，搅拌均匀，该醋酸和过氧化氢和去离子水的体积比为5∶1∶150。
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