書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：InP濕法化學(xué)蝕刻-去除氧化物

編號：JFKJ-21-483

作者：炬豐科技

摘要

? 已經(jīng)在 HCl 和 H2SO4 溶液中研究了 InP 及其天然氧化物的濕化學(xué)蝕刻，以創(chuàng)建無氧化物表面。(100) InP 表面未在 2 M HCl 和 6 M H2SO4 中蝕刻。由于這些濃度的 Vetch <0.1 nm/min，可以有效去除 OFOD 處理后的天然氧化物，而不會顯著蝕刻表面，這通過接觸角測量、橢圓光度法和 X 射線光電子能譜法證實。STM 和 AFM 測量表明，在 OFOD 處理和隨后的氧化物去除后，由于原子平臺的產(chǎn)生，可以獲得非常光滑的表面。在 6 M H2SO4 中，這些階地的大小可以增加到微米級。此外，表明在氧氣存在下，n 型 InP 在濕法處理過程中被光刻/氧化。

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介紹

? 對于過去和現(xiàn)在的技術(shù)節(jié)點，集成電路中的晶體管是在硅襯底上制造的，在某些情況下，使用 SiGe 合金。為了滿足縮放路線圖的未來要求，下一代晶體管（即 7 nm 節(jié)點及以上）將基于高遷移率 III-V 化合物半導(dǎo)體。到 為了具有成本效益，III-V 族材料將集成在 Si 襯底上。在本文的 A 部分，我們展示了這種技術(shù)的可能集路線；使用 InP 緩沖和 InGaAs 溝道層的基于量子阱的 III-V 晶體管。晶體管的制造包括許多不同的加工步驟，其中涉及多次暴露于化學(xué)溶液。這些濕處理的目標(biāo)是獲得明確定義的表面（即沒有污染物和化學(xué)計量），這對于獲得良好的界面特性和器件性能至關(guān)重要。

實驗性

? 半導(dǎo)體可以通過純化學(xué)機制溶解，其特點是表面載流子濃度對蝕刻速率沒有任何影響。對于雙功能鹵素或 H2O2 分子觀察到這種蝕刻行為，它們能夠或多或少同時與半導(dǎo)體表面形成兩個新鍵。對于 GaAs 在溴溶液中的溶解，提出了一個協(xié)調(diào)的反應(yīng)序列，包括 Ga-As 和 Br-Br 鍵的斷裂以及 Ga-Br 和 As-Br 鍵的同時形成。4Notten 為 InP 在 HCl 中的溶解提出了類似的溶解機制。通過改變解離常數(shù)，表明蝕刻速率完全由分子（未解離的）HCl 的濃度決定。在水溶液中，HCl 大部分離解。因此，獲得足夠高濃度的未離解 HCl 需要最低 HCl 濃度。很明顯，蝕刻半導(dǎo)體所需的最小濃度大于 2 M HCl（未解離的 HCl 部分在 μM-mM 范圍內(nèi)）。InP 在 HCl 中的蝕刻遵循兩步機制。第一個蝕刻步驟涉及鍵的同步交換：In-Cl 和 P-H 鍵取代了原始的 H-Cl 和 In-P 鍵 (k1)。隨后，兩個剩余的表面鍵以類似的方式斷裂，以從晶格 (k2) 中移除每個原子。

結(jié)果和討論

InP 在酸性溶液中的化學(xué)蝕刻。顯示了 HCl 濃度對 SI (100) InP 化學(xué)蝕刻速率的影響。蝕刻速率刻度是對數(shù)的，直線用作眼睛的指南。此外，通過 AFM 測量的 RMS 粗糙度繪制為 HCl 濃度的函數(shù)。對于 2M HCl，蝕刻速率可以忽略不計；即 0.1 納米/分鐘。在此濃度范圍內(nèi)未觀察到誘導(dǎo)的表面粗糙化（未處理的 In襯底的 RMS 值為 0.22 nm）。對于 >2 M HCl，3 M 和 4 M HCl 的蝕刻速率分別從 1 nm/min 快速增加到 7 nm/min。由于酸對半導(dǎo)體的各向異性侵蝕，蝕刻速率的增加伴隨著表面粗糙度的顯著增加。對于 > 5 M HCl PH3 的形成變得重要并且氣泡形成是可見的。典型的船形蝕刻坑沿 [011ˉ] 方向排列（見最后一節(jié)）。

結(jié)論

? 已經(jīng)在 HCl 和 H SO 溶液中研究了 InP 及其天然氧化物的濕化學(xué)蝕刻。(100) InP 表面不是在 2 M HCl (Vetch < 0.1 nm/min) 中蝕刻?？梢栽?2 M HCl 和 2 M H2SO4 中有效去除，如接觸角測量、橢圓光度法和 X 射線光電子能譜所證實。對于“干燥”的天然氧化物，由于密度較高，溶解速率較低。STM 和 AFM 測量表明，在 OFOD 處理和隨后的氧化物去除后，由于形成了階地，可以獲得非常光滑的表面。

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