各种湿化学处理方法及其对表面特性的影响

引言

III-V半导体广泛应用于气体检测系统、光电探测器、光遗传学、生物医学应用、高电子迁移率和异质结双极晶体管、谐振隧穿二极管和自旋电子器件太阳能电池的制造。本文提出了各种湿法纳米处理的实验方法来解释在(NH4)2cr 2o 7–HBr–EG蚀刻溶液中InAs、InSb和GaAs、GaSb半导体溶解过程的特征。蚀刻动力学数据表明，晶体溶解具有扩散决定的性质。溶剂浓度从80体积降低到0体积。根据溶液的组成，我们研究了两种类型的晶体表面形态，抛光和钝化的薄膜，形成后的化学动态(CDP)和/或化学机械抛光(化学机械抛光)在溶液中，饱和的溶剂和氧化剂，结果发现，在抛光蚀刻剂中，CDP和CMP工艺均能形成镜状的纳米粗糙度和超光滑表面。表面状态结果表明， (NH4)2Cr2O7–HBr–EG蚀刻剂可成功用于III-V半导体的可控CDP和CMP处理，形成超光滑表面。

实验与方法

本文比较了各种湿化学处理方法及其对表面特性的影响。使用基于(NH4)2Cr2O7和HBr的水性蚀刻剂研究溶解模型。湿化学清洗包括蚀刻(晶体与蚀刻剂成分相互作用后半导体溶解)和抛光/平滑。为了研究抛光方法对晶体溶解特性和表面状态质量的影响，进行了处理过程。

化学机械抛光过程由非研磨蚀刻溶液执行，以避免磨粒对表面质量的粗糙影响。在这次手术中，我们使用了一种特殊的蚀刻抛光机，上面覆盖着一层细麻布。作为蚀刻剂混合物的初始组分，我们采用了水溶液，其组成为:26质量。% (NH4)2Cr2O7(试剂级)，42质量。% HBr(超纯级)和CH2(OH)CH2(OH)(乙二醇、乙二醇、试剂级)。

蚀刻速率由电子指示器TESA DIGICO 400估算，精确度为0.02米。为了精确计算晶体溶解速率，工艺时间根据蚀刻速度的降低而延长。表面形态的原子力显微镜(AFM)数据是在空气中以周期性接触模式获得的。

结果和讨论

由于半导体的蚀刻分子与晶体的相互作用，半导体的蚀刻过程随后发生氧化还原反应。III-V半导体在二元制和(NH4)2cr 2o 7–HBr–EG成分中溶解的蚀刻速率表明，在所有浓度范围内，溶剂浓度呈线性依赖关系。所研究的浓度间隔以0.1-8.4μm/min蚀刻率为特征(Levchenko等。2017a，b)。在最大氧化剂浓度下，晶片的反应性特征很明显。在蚀刻速率最低的情况下，在重铬酸盐2−离子最小的体系中，晶体变得更加稳定。

晶体腐蚀动力学具有扩散控制性质，因为温度系数很小，表观活化能低至35 kJ/mol。与温度变化相反，发现蚀刻速率取决于溶液旋转速率。溶解由晶体/溶液界面上的扩散速度决定。与旋转速率相关的测量表明，纳米级蚀刻系统的流体动力学对于改变处理特征是重要的。在基础溶液中，从CDP到CMP的抛光工艺类型的替换促进溶解速率从1.5–2.1增加到37–57微米/分钟。

在化学机械抛光和化学机械抛光工艺的情况下，抛光组合物产生镜面状的基底表面。根据原子力显微镜数据，独立于清洁程序，二元蚀刻剂系统中的衬底溶解触发粗糙度的不太强烈的下降(表1)。单代的存在表明晶体缺陷的蚀刻，其可能在生长或切割操作期间形成(图2）。

总结

总之，我们研究并比较了纳米级CDP和CMP工艺对(NH4)2cr 2o 7-HBr-CH2(OH)CH2(OH)蚀刻溶液中ⅲ–ⅴ族半导体溶解特性的影响。基于(NH4)2Cr2O7的溴显现蚀刻剂的特征在于InAs、GaAs、InSb和GaSb衬底的低溶解速率(0.1-57微米/分钟)。溶剂浓度对蚀刻速率的影响具有线性相关性。与CDP处理相比，化学机械抛光过程的机械效应提高了溶解速率。衬底和蚀刻剂组分之间的相互作用之后，形成粗糙度小于1纳米的抛光(在抛光蚀刻剂组合物中)和钝化(在溶液中的CDP具有最大氧化剂浓度的情况下)表面。发现溶液的钝化效果取决于试剂浓度。根据拉曼测量，这两种处理都减少了具有更有序状态的层的表面受损结构。

审核编辑：符乾江