一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法
【專(zhuān)利摘要】一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法，屬于半導(dǎo)體光電子器件工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。該領(lǐng)域已知技術(shù)很難同時(shí)兼顧縱寬比與被腐蝕面的粗糙度。本發(fā)明是一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法。其最終結(jié)果可以得到縱寬比較大并且腐蝕表面粗糙度較低的刻蝕效果，從而有利于后續(xù)工藝的進(jìn)行并且提高器件的整體性能。該方法首先使用H3PO4、H2O2、H2O溶液進(jìn)行臺(tái)面一次刻蝕，利用這種腐蝕液刻蝕縱寬比大的特點(diǎn)得到側(cè)向腐蝕較小的臺(tái)面，然后使用H3PO4、kmnO4、H2O腐蝕液對(duì)被腐蝕表面進(jìn)行二次修飾，進(jìn)一步降低腐蝕表面的粗糙度。該方法適用于GaAs材料或含有GaAs半導(dǎo)體材料的刻蝕。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法
領(lǐng)域技術(shù)
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器器件工藝領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種利用兩步法對(duì)GaAs材料進(jìn)行濕法刻蝕的工藝。
【背景技術(shù)】[0002]刻蝕是半導(dǎo)體光電子器件制備過(guò)程中一項(xiàng)重要工藝，其目的是通過(guò)物理或化學(xué)的方法從半導(dǎo)體材料晶片表面選擇性地去除材料以形成所需臺(tái)面或圖形?？涛g工藝分為干法刻蝕和濕法刻蝕兩種。干法刻蝕的圖形精度和各向異性度都較高，且各項(xiàng)參數(shù)的可控性較好，但易造成材料的刻蝕損傷，且干法刻蝕設(shè)備昂貴；濕法刻蝕具有良好的可重復(fù)性，有操作簡(jiǎn)單、刻蝕速率快、無(wú)毒或低毒、良好的可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，但可控性和圖形精度等性能需通過(guò)選擇合適成分和配比的腐蝕液進(jìn)行調(diào)整。
[0003]對(duì)于用于GaAs濕法刻蝕的腐蝕液，目前國(guó)內(nèi)外一般采用的刻蝕液有磷酸系，硫酸系，氫氟酸系等。磷酸系腐蝕液刻蝕縱寬比大，可以得到側(cè)向腐蝕較小的臺(tái)面，H3PO4, H2O2,H2O配制成的腐蝕液被廣泛的應(yīng)用。一般腐蝕液都是使用雙氧水作為氧化劑，但是雙氧水有一些由其本身物理性質(zhì)所決定的缺陷，它易于分解，會(huì)在刻蝕過(guò)程中在半導(dǎo)體表面產(chǎn)生氣泡從而影響刻蝕的均勻性，降低刻蝕表面平整度。針對(duì)于這個(gè)缺點(diǎn)我們發(fā)明了一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法來(lái)提高被刻蝕表面的平整度。采用該方法制備的激光器器件光輸出功率和特征溫度大幅度提高，閾值電流密度也明顯降低。
[0004]為了表征表面的平整程度，需要引入表面粗糙度這一概念。表面粗糙度是用來(lái)表征由材料表面原子層上存在的各類(lèi)缺陷而引起的微觀幾何形狀誤差，通常表現(xiàn)為肉眼難以區(qū)別的間距極小的微尖峰與微凹坑?，F(xiàn)在表面粗糙度的評(píng)定方法除有特別要求外都以輪廓算術(shù)平均偏差Ra為主。表面粗糙度越小，表面越光滑。目前量化表面粗糙度最常用的是輪廓算術(shù)平均偏差Ra，輪廓偏距是指在測(cè)量區(qū)域內(nèi)輪廓上的點(diǎn)到基準(zhǔn)線處的距離。輪廓算術(shù)平均偏差可以近似的表示為:Ra= Σni=1丨叫。其中，Y為輪廓偏距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是一種利用兩步法對(duì)GaAs材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。步驟一:采用H3P04、H2O2, H2O配制成的腐蝕液進(jìn)行臺(tái)面刻蝕，所利用的是其刻蝕結(jié)果縱寬比大的特點(diǎn)從而得到好的各項(xiàng)異性的刻蝕臺(tái)面。步驟二:采用酸、高錳酸鉀、去離子水配制成的溶液進(jìn)行刻蝕修飾。所利用的是其在刻蝕過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生氣泡并且其可以對(duì)不平整的刻蝕表面進(jìn)行修復(fù)的特性，從而可以進(jìn)一步降低被刻蝕部分的表面粗糙度。
[0007]本發(fā)明所使用的原料簡(jiǎn)單易于購(gòu)買(mǎi)，刻蝕操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好?？梢缘玫搅己玫母飨虍愋圆⑶冶砻娲植诙鹊偷慕Y(jié)果，從而提高激光器器件的整體性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0008]圖1為兩步法刻蝕流程圖。
[0009]圖2為有圖形襯底刻蝕后金相顯微鏡照片，放大倍率為2000倍。
[0010]圖3為有圖形襯底刻蝕后臺(tái)階儀掃描圖像。
[0011]圖4為無(wú)圖形襯底未刻蝕時(shí)臺(tái)階儀掃描圖像。
[0012]圖5為無(wú)圖形襯底第一步刻蝕后的臺(tái)階儀掃描圖像。
[0013]圖6為無(wú)圖形襯底第二步刻蝕后的臺(tái)階儀掃描圖像。
[0014]圖7為無(wú)圖形襯底刻蝕后金相顯微鏡照片，放大倍率為2000倍。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)例一:提供一種利用兩步法對(duì)GaAs材料進(jìn)行濕法刻蝕的工藝。
[0016]1、配制磷酸腐蝕液。取磷酸、雙氧水、去離子水其體積比1:1:10。配置好以后，在避光環(huán)境中靜置七天，得到磷酸腐蝕液。
[0017]2、配制高錳酸鉀腐蝕液。取去離子水每100毫升加入高錳酸鉀I克，并超聲使其充分溶解，超聲時(shí)間為30分鐘，靜置七天后取上層溶液。把得到的溶液再次進(jìn)行超聲靜置，超聲時(shí)間為30分鐘，靜置時(shí)間為七天。取上層高錳酸鉀溶液與磷酸以體積比為10:1的比例混合，超聲使其形成溶液。
[0018]3、取GaAs襯底。在GaAs襯底上旋涂光刻膠，膠膜厚度為約1.40 μ m。在紫外光刻機(jī)下進(jìn)行曝光等操作后進(jìn)行顯影、烘干。得到有光刻膠圖案的晶片。
[0019]4、取上述晶片在磷酸腐蝕液中刻蝕，刻蝕時(shí)間為800秒。立即取出置于高錳酸鉀腐蝕液中刻蝕時(shí)間為20秒。刻蝕完成以后立即使用去離子水沖洗，直至表面殘留的腐蝕液完全洗凈。
[0020]5、使用丙酮、乙醇去離子水洗去光刻膠得到刻蝕好的晶片。如圖2為放大倍率為2000倍時(shí)的金相顯微鏡照片。圖3為臺(tái)階儀測(cè)量圖像，可以看出其有較大的縱寬比。兩步法刻蝕后總刻蝕深度為27900A。
[0021]實(shí)例二:提供一種使用兩步法對(duì)沒(méi)有進(jìn)行光刻的晶片進(jìn)行刻蝕的方法。
[0022]1、配制磷酸腐蝕液。取磷酸、雙氧水、去離子水其體積比是3:3:10。配置好以后，在避光環(huán)境中靜置七天，得到磷酸腐蝕液。
[0023]2、配制高錳酸鉀腐蝕液。取去離子水每200毫升加入高錳酸鉀I克，并超聲使其充分溶解，超聲時(shí)間為30分鐘，靜置七天后取上層溶液。把得到的溶液再次進(jìn)行超聲靜置，超聲時(shí)間為30分鐘，靜置時(shí)間為七天。取上層高錳酸鉀溶液與磷酸以體積比為10:1的比例混合，超聲使其形成溶液。
[0024]3、取邊長(zhǎng)大約為一厘米的正方形GaAs襯底在臺(tái)階儀下測(cè)量，測(cè)得表面粗糙度。測(cè)量時(shí)取襯底片的四個(gè)角與中心的點(diǎn)共五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后取平均值。表面粗糙度測(cè)得的結(jié)果為4.64 A、5.18 A、5.38 A、4.11 A、4.71 A (分別是左上角、左下角、右上角、右下
角、中心處的粗糙度的值)取得平均值為4.804 A。圖4為粗糙度與平均值最接近的中心處臺(tái)階儀掃描結(jié)果圖。
[0025]4、取上述晶片在磷酸刻腐蝕液中刻蝕，刻蝕時(shí)間為120秒。完成以后使用去離子水沖洗，直至表面殘留的腐蝕液完全洗凈。再次測(cè)量表面粗糙度，測(cè)得的結(jié)果為24.2 A、26.4 A、23.3 A、25.4A、25.5 A (分別是左上角、左下角、右上角、右下角、中心處
的粗糙度的值)取得平均值為24.96 A。圖5為粗糙度與平均值最接近的右下角處臺(tái)階儀掃描結(jié)果圖。
[0026]5、取出上一步得到的襯底片，置于配制好的高錳酸鉀腐蝕液中刻蝕，刻蝕時(shí)間為60秒。完成以后使用去離子水沖洗，直至表面殘留的腐蝕液完全洗凈。再次測(cè)量表面粗糙度，測(cè)得的結(jié)果為17.3人、18.8A、18.1 A、20.1A,卜).2 ,4 (分別是左上角、左下角、右上角、右下角、中心處的粗糙度的值)取得平均值為18.7 A，粗糙度有所降低。圖6為粗糙度與平均值最接近的右上角處臺(tái)階儀掃描結(jié)果圖。使用金相顯微鏡在放大倍率為2000倍時(shí)拍得照片(圖7)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法。該方法包括采用Η3Ρ04、Η202、H2O配制成的腐蝕液進(jìn)行臺(tái)面刻蝕，然后采用酸、高錳酸鉀、去離子水配制成的溶液對(duì)刻蝕面進(jìn)行二次刻蝕修飾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法。其特征在于:采用的H3P04、H2O2, H2O腐蝕液，H3PO4所占體積為1/20?3/10，H2O2所占體積為1/20 ?3/10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法。其特征在于:采用的酸、高錳酸鉀、去離子水溶液中的酸是指不與高錳酸鉀反應(yīng)的酸，包括強(qiáng)酸與弱酸。如磷酸等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法，其特征在于:采用的酸、高錳酸鉀、去離子水溶液，高錳酸鉀的濃度為2克/100毫升溶劑?0.1克/100毫升溶劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用兩步法對(duì)GaAs基材料進(jìn)行濕法刻蝕的方法，其特征在于:使用h3po4、h2o2、h2o腐蝕液腐蝕時(shí)間IS — 1800S，使用酸、高錳酸鉀、去離子水腐蝕溶液刻蝕時(shí)間IS — 600S，整個(gè)濕法刻蝕過(guò)程，溶液溫度控制在0°C?30°C。
【文檔編號(hào)】H01L21/306GK103531458SQ201310406295
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】單少杰, 劉國(guó)軍, 魏志鵬, 郝永芹, 馮源, 安寧, 周路, 陳芳, 羅擴(kuò)郎, 張升云, 何斌太, 劉鵬程 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)