[发明专利]一种III-V族化合物半导体材料的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，涉及III-V族化合物半导体材料的刻蚀方法。 

技术背景

III-V族化合物半导体氮化镓(GaN)砷化镓(GaAs)作为化合物半导体的典型代表，具有许多优良的特性。氮化镓与砷化镓材料具有高电子迁移率、高的二维电子气(2DEG)浓度，在最近十几年得到迅速发展。氮化镓(GaN)材料化学性质稳定、耐高温、抗腐蚀，在高频、大功率、抗辐射应用领域具有先天优势。砷化镓(GaAs)材料是一种优良的沟道材料，在未来的CMOS应用中具有广阔的前景。 

高性能增强型GaN基器件的凹槽栅刻蚀，降低欧姆接触电阻的欧姆区刻蚀，超小尺寸GaAs器件结构比如薄体平面、纳米线、或TriGate MOSFET都需要高精度、低损伤的刻蚀技术。 

目前III-V族化合物半导体凹槽刻蚀技术一般是通过反应离子刻蚀(RIE)或电感耦合等离子体刻蚀(ICP)等干法刻蚀，由于半导体晶圆表面受到离子的轰击，会对半导体表面造成严重的晶格损伤，刻蚀表面形貌较差，且刻蚀速率或刻蚀深度较难掌控。中国专利：申请号201210277907.3“一种氮化镓基器件的湿法腐蚀方法”的高温氧化与湿法腐蚀的方法可以在一定程度上改善凹槽形貌，但长时间的高温氧化处理会降低材料特性，对于异质结半导体会产生应力弛豫，降低电流性能，且表面形貌并不够理想，这会降低器件的性能并可能带来可靠性问题。 

发明内容

本发明提供一种III-V族化合物半导体材料的刻蚀方法，该方法能够克服普通干法刻蚀造成的表面形貌较差、晶格损伤、刻蚀精度差和高温氧化带来的材料特性降低等缺点，具有刻蚀深度精确可控、对III-V族化合物半导体材料几乎没有损伤的特点。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种III-V族化合物半导体材料的刻蚀方法，如图1所示，包括以下步骤： 

步骤1：在需要刻蚀的III-V族化合物半导体材料表面淀积掩膜层； 

步骤2：在步骤1所得掩膜层上涂敷光刻胶，并光刻出待刻蚀区图形； 

步骤3：刻蚀掉步骤2所得待刻蚀区的掩膜层，露出III-V族化合物半导体材料需要刻蚀的区域，并去除其余光刻胶； 

步骤4：对步骤3所得III-V族化合物半导体材料需要刻蚀的区域进行低温氧气等离子体氧化处理，使得III-V族化合物半导体材料需要刻蚀的区域表面生成一层氧化层； 

步骤5：采用酸性腐蚀液腐蚀掉步骤4所得氧化层； 

步骤6：重复执行步骤4和步骤5，直至III-V族化合物半导体材料需要刻蚀的区域达到预定刻蚀深度； 

步骤7：腐蚀掩膜层。 

进一步地，所述III-V族化合物半导体材料为GaN、GaAs、AlN、AlGaN、AlInN、InGaN、InAlAs、InGaAs或InAlGaN。 

进一步地，步骤1中所述掩膜层淀积方式为等离子体增强化学气相淀积(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)或感应耦合等离子体增强化学气相淀积(ICPCVD：Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition)或光学薄膜淀积，所述掩膜层材料为二氧化硅(SiO₂)或氮化硅(Si₃N₄)等。 

进一步地，步骤2中所述光刻胶可以采用AZ5214，所述光刻方式可以采用接触式光刻。 

进一步地，步骤3中所述掩膜层的刻蚀方法可以采用反应离子刻蚀(RIE：Reactive Ion Etching)或感应耦合等离子体刻蚀(ICP：Inductively Coupled Plasma)；光刻胶的去除方式为丙酮、异丙醇、去离子水分别超声清洗的方式去除。 

进一步地，步骤4中所述低温氧气等离子体氧化处理的具体方法为：采用等离子体去胶机，功率为100～400w，温度20℃到150℃，氧气流量为200～800sccm，处理时间为1～10分钟。 

进一步地，步骤7中所述腐蚀液为BOE或氢氟酸。 

本发明具有如下有益效果：