GaSb半导体衬底湿法化学刻蚀体系与行为研究
发布时间：2022-01-10 20:25
GaSb是一种由Ⅲ-Ⅴ族元素组成的窄禁带半导体材料,因其晶格常数跟光谱范围在1.7～4.4μm的三元、四元固熔体合金材料相匹配,可作为良好衬底材料而备受重视。本文在简述GaSb半导体性质和GaSb基器件的发展历程后,分析比较了 GaSb材料主要刻蚀技术（干法、湿法）的优缺点及存在问题。在此基础上本文以湿法刻蚀为研究方向,对GaSb的包括刻蚀液配方和刻蚀工艺参数的湿法刻蚀体系及在该刻蚀体系中的刻蚀行为,以及该体系下刻蚀质量和刻蚀速率的影响因素等内容进行了研究。首先,根据刻蚀后GaSb衬底的宏观形貌、微观形貌、表面粗糙度以及刻蚀速率,筛选出了刻蚀液的主要成分,再经过正交实验优化,得到一种包含10ml盐酸,10ml过氧化氢,5ml磷酸,8.0g柠檬酸一水合物,50ml去离子水的无机-有机混酸刻蚀液。在此基础上通过正交实验优化了刻蚀工艺参数,得到刻蚀温度40℃,搅拌频率10r/min,刻蚀时间10min的最优刻蚀工艺参数,从而形成了一种对GaSb半导体衬底刻蚀速率适中且可控,刻蚀效果良好的无机-有机混酸湿法化学刻蚀体系。之后,从刻蚀前后衬底表面形貌织构和表面成分变化,刻蚀过程中主要元素反应速率...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１直径２英寸的掺Ｔｅ?ＧａＳｂ半导体晶圆??Ｆｉ．１－１?Ｔｅ?ＧａＳｂ?ｄｏｅｄ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｗａｆｅｒ?２?ｉｎｃｈｅｓ?ｉｎ?ｄｉａｍｅｔｅｒ??
２?不均勾，粗糙?５??１０?１０?４０?１．８?均匀，粗糙?８??１０?１０?５０?１．５?均匀，平整?１０??１０?１０?６０?０Ｊ?均匀，平整?１０???从表３－１中能够发现当ＨＣ１?／Ｈ２０２／Ｈ２０比例在１：１：２？１：１：４之间时，刻蚀液的稳??定刻蚀时间（ｔ’）均小于ｌＯｍｉｎ。实验中能够观察到从刻蚀开始后不断有小气泡向溶液表??面快速聚集，最终分别经过３ｍｉｎ、５ｍｉｎ、８ｍｉｎ后在刻蚀液表面聚集了一层白色泡沫，??图３－ｌ（ａ）、（ｂ）为液面聚集白色泡沫后的刻蚀液。同时，可以发现这一系列比例的刻蚀??液刻蚀后衬底表面均有不溶性附着物残留，均匀性差，表面粗糙，这表明体系中ＨＣ１??／Ｈ２０２／Ｈ２０比例在１：１：２？１：１：４之间时，盐酸和过氧化氢的含量较高，会导致刻蚀液??不稳定，而反应过程中刻蚀液的分解会造成刻蚀表面明显不均匀、粗糙。??■■??（ａ）?（ｂ）??图３－１液面聚集白色泡沫的刻蚀液??Ｆｉｇ．３－１?Ｅｔｃｈｉｎｇ?ｌｉｑｕｉｄ?ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇ?ｗｈｉｔｅ?ｆｏａｍ?ａｔ?ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ??１８??
?第三章刻蚀液成分筛选及配方和工艺优化???从表３－１中还发现当ＨＣ１／Ｈ２０２／Ｈ２０比例为１：１：５？１：１：６之间时，刻蚀液的稳定??性明显提高，刻蚀后衬底表面平整均匀，基本保持光泽，刻蚀质量相对较好。由于比??例为１：１：５和１：１：６的刻蚀液刻蚀后衬底表面的宏观形貌接近，因此需要比较两者微观??层面的差异，用原子力显微镜检测两者表面粗糙度的大小和二维、三维形貌，用扫描??电子显微镜检测和比较两者的表面形貌差异。??下图３－２、３－３分别为ＨＣｌ／Ｈ２〇２／Ｈ２０比例为１：１：５、１：１：６刻蚀后ＧａＳｂ衬底的??ＡＦＭ图像。??＾?１：Ｈ＾８ｈｔＳｅｍｏｒ?＆＃？＊??（ａ）?ＡＦＭ二维图?（ｂ）?ＡＦＭ三维图??图３－２比例为１：１：５的ＨＣｌ?／?Ｈ２０２／?Ｈ２０刻蚀后衬底ＡＦＭ图像??Ｆｉｇ．３－２?ＡＦＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗａｆｅｒ?ａｆｔｅｒ?ｅｔｃｈｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ＨＣ１?／Ｈ２Ｏ２?／?Ｈ２Ｏ?（１：１：５）??■?Ｉ國??Ｓ?ｉ７ｉｋ５？ｉｔｎｗ?５？？??（ａ）?ＡＦＭ二维图?（ｂ）?ＡＦＭ三维图??图３－３比例为１：１：６的ＨＣｌ?／?Ｈ２〇２?／?Ｈ２０刻蚀后衬底ＡＦＭ图像??Ｆｉｇ．３－３?ＡＦＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗａｆｅｒ?ａｆｔｅｒ?ｅｔｃｈｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ＨＣｌ?／?Ｈ２Ｏ２?／?Ｈ２Ｏ?（１：１：６）??图３－３是比例为１：１：５的ＨＣｌ?／Ｈ２０２／Ｈ２０刻蚀后衬底ＡＦＭ图像，图（ａ）经原子力??显微镜测试其表面粗糙度（Ｒｑ）为１５．２ｎｍ，从图（ｂ）中能够发现刻蚀后衬底表面的高度差??达到６５．５ｎ
【参考文献】：
期刊论文
[1]InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器[J]. 朱旭波,彭震宇,曹先存,何英杰,姚官生,陶飞,张利学,丁嘉欣,李墨,张亮,王雯,吕衍秋. 红外与激光工程. 2019(11)
[2]GaSb衬底外延InAs薄膜及光学性质研究[J]. 张健,唐吉龙,亢玉彬,方铉,房丹,王登魁,林逢源,魏志鹏. 光子学报. 2019(10)
[3]InAs/GaSbⅡ类超晶格长波红外焦平面探测器[J]. 李云涛,张舟,丁颜颜,杨煜,雷华伟,汪良衡,谭必松,张传杰,刘斌,周文洪. 红外技术. 2019(08)
[4]GaSb半导体材料表面的化学蚀刻研究进展[J]. 张哲,赵江赫,张铭,熊青昀,熊金平. 表面技术. 2019(01)
[5]InAs/GaSb台面结型器件制备工艺技术研究[J]. 李海燕,曹海娜. 红外. 2018(08)
[6]InAs/GaSb二类超晶格材料湿法腐蚀工艺研究[J]. 亢喆,温涛,郭喜. 激光与红外. 2018(07)
[7]GaSb基PECVD法制备SiO2薄膜的应力研究[J]. 王志伟,郝永芹,李洋,谢检来,王霞,晏长岭,魏志鹏,马晓辉. 发光学报. 2018(07)
[8]2μm GaSb基大功率半导体激光器研究进展[J]. 谢圣文,杨成奥,黄书山,袁野,邵福会,张一,尚金铭,张宇,徐应强,倪海桥,牛智川. 红外与激光工程. 2018(05)
[9]InAs/GaSb超晶格长波红外探测器[J]. 汪良衡,李云涛,雷华伟,杨煜,丁颜颜,张舟,刘斌,周文洪. 红外技术. 2018(05)
[10]半导体材料的发展现状[J]. 武文. 民营科技. 2018(02)
博士论文
[1]InAs/GaSb薄膜及器件特性研究[D]. 张利学.西北工业大学 2015
[2]GaSb薄膜及其超晶格结构的分子束外延生长与物性研究[D]. 房丹.长春理工大学 2014
[3]阻燃用氯氧化锑的制备、应用性能及阻燃机理研究[D]. 阳卫军.中南大学 2001
硕士论文
[1]GaSb晶体的生长及其组织和性能的研究[D]. 高笑.山东理工大学 2018
[2]高级氧化技术降解苯酚水样的研究[D]. 刘琛琛.山东建筑大学 2016
[3]Ⅱ型超晶格红外探测性能研究[D]. 于子阳.哈尔滨工业大学 2013
[4]GaSb表面改性及光电性质研究[D]. 王博.长春理工大学 2013
[5]中红外锑化物激光器工艺中刻蚀研究[D]. 田超群.长春理工大学 2013
[6]GaSb基化合物半导体激光器器件刻蚀工艺研究[D]. 董瑞君.长春理工大学 2012
[7]锑化物激光器、探测器的刻蚀工艺以及电化学C-V技术研究[D]. 洪婷.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2005
本文编号：3581360
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１直径２英寸的掺Ｔｅ?ＧａＳｂ半导体晶圆??Ｆｉ．１－１?Ｔｅ?ＧａＳｂ?ｄｏｅｄ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ?ｗａｆｅｒ?２?ｉｎｃｈｅｓ?ｉｎ?ｄｉａｍｅｔｅｒ??
２?不均勾，粗糙?５??１０?１０?４０?１．８?均匀，粗糙?８??１０?１０?５０?１．５?均匀，平整?１０??１０?１０?６０?０Ｊ?均匀，平整?１０???从表３－１中能够发现当ＨＣ１?／Ｈ２０２／Ｈ２０比例在１：１：２？１：１：４之间时，刻蚀液的稳??定刻蚀时间（ｔ’）均小于ｌＯｍｉｎ。实验中能够观察到从刻蚀开始后不断有小气泡向溶液表??面快速聚集，最终分别经过３ｍｉｎ、５ｍｉｎ、８ｍｉｎ后在刻蚀液表面聚集了一层白色泡沫，??图３－ｌ（ａ）、（ｂ）为液面聚集白色泡沫后的刻蚀液。同时，可以发现这一系列比例的刻蚀??液刻蚀后衬底表面均有不溶性附着物残留，均匀性差，表面粗糙，这表明体系中ＨＣ１??／Ｈ２０２／Ｈ２０比例在１：１：２？１：１：４之间时，盐酸和过氧化氢的含量较高，会导致刻蚀液??不稳定，而反应过程中刻蚀液的分解会造成刻蚀表面明显不均匀、粗糙。??■■??（ａ）?（ｂ）??图３－１液面聚集白色泡沫的刻蚀液??Ｆｉｇ．３－１?Ｅｔｃｈｉｎｇ?ｌｉｑｕｉｄ?ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇ?ｗｈｉｔｅ?ｆｏａｍ?ａｔ?ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ??１８??
?第三章刻蚀液成分筛选及配方和工艺优化???从表３－１中还发现当ＨＣ１／Ｈ２０２／Ｈ２０比例为１：１：５？１：１：６之间时，刻蚀液的稳定??性明显提高，刻蚀后衬底表面平整均匀，基本保持光泽，刻蚀质量相对较好。由于比??例为１：１：５和１：１：６的刻蚀液刻蚀后衬底表面的宏观形貌接近，因此需要比较两者微观??层面的差异，用原子力显微镜检测两者表面粗糙度的大小和二维、三维形貌，用扫描??电子显微镜检测和比较两者的表面形貌差异。??下图３－２、３－３分别为ＨＣｌ／Ｈ２〇２／Ｈ２０比例为１：１：５、１：１：６刻蚀后ＧａＳｂ衬底的??ＡＦＭ图像。??＾?１：Ｈ＾８ｈｔＳｅｍｏｒ?＆＃？＊??（ａ）?ＡＦＭ二维图?（ｂ）?ＡＦＭ三维图??图３－２比例为１：１：５的ＨＣｌ?／?Ｈ２０２／?Ｈ２０刻蚀后衬底ＡＦＭ图像??Ｆｉｇ．３－２?ＡＦＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗａｆｅｒ?ａｆｔｅｒ?ｅｔｃｈｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ＨＣ１?／Ｈ２Ｏ２?／?Ｈ２Ｏ?（１：１：５）??■?Ｉ國??Ｓ?ｉ７ｉｋ５？ｉｔｎｗ?５？？??（ａ）?ＡＦＭ二维图?（ｂ）?ＡＦＭ三维图??图３－３比例为１：１：６的ＨＣｌ?／?Ｈ２〇２?／?Ｈ２０刻蚀后衬底ＡＦＭ图像??Ｆｉｇ．３－３?ＡＦＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗａｆｅｒ?ａｆｔｅｒ?ｅｔｃｈｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ＨＣｌ?／?Ｈ２Ｏ２?／?Ｈ２Ｏ?（１：１：６）??图３－３是比例为１：１：５的ＨＣｌ?／Ｈ２０２／Ｈ２０刻蚀后衬底ＡＦＭ图像，图（ａ）经原子力??显微镜测试其表面粗糙度（Ｒｑ）为１５．２ｎｍ，从图（ｂ）中能够发现刻蚀后衬底表面的高度差??达到６５．５ｎ
【参考文献】：
期刊论文
[1]InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器[J]. 朱旭波,彭震宇,曹先存,何英杰,姚官生,陶飞,张利学,丁嘉欣,李墨,张亮,王雯,吕衍秋. 红外与激光工程. 2019(11)
[2]GaSb衬底外延InAs薄膜及光学性质研究[J]. 张健,唐吉龙,亢玉彬,方铉,房丹,王登魁,林逢源,魏志鹏. 光子学报. 2019(10)
[3]InAs/GaSbⅡ类超晶格长波红外焦平面探测器[J]. 李云涛,张舟,丁颜颜,杨煜,雷华伟,汪良衡,谭必松,张传杰,刘斌,周文洪. 红外技术. 2019(08)
[4]GaSb半导体材料表面的化学蚀刻研究进展[J]. 张哲,赵江赫,张铭,熊青昀,熊金平. 表面技术. 2019(01)
[5]InAs/GaSb台面结型器件制备工艺技术研究[J]. 李海燕,曹海娜. 红外. 2018(08)
[6]InAs/GaSb二类超晶格材料湿法腐蚀工艺研究[J]. 亢喆,温涛,郭喜. 激光与红外. 2018(07)
[7]GaSb基PECVD法制备SiO2薄膜的应力研究[J]. 王志伟,郝永芹,李洋,谢检来,王霞,晏长岭,魏志鹏,马晓辉. 发光学报. 2018(07)
[8]2μm GaSb基大功率半导体激光器研究进展[J]. 谢圣文,杨成奥,黄书山,袁野,邵福会,张一,尚金铭,张宇,徐应强,倪海桥,牛智川. 红外与激光工程. 2018(05)
[9]InAs/GaSb超晶格长波红外探测器[J]. 汪良衡,李云涛,雷华伟,杨煜,丁颜颜,张舟,刘斌,周文洪. 红外技术. 2018(05)
[10]半导体材料的发展现状[J]. 武文. 民营科技. 2018(02)
博士论文
[1]InAs/GaSb薄膜及器件特性研究[D]. 张利学.西北工业大学 2015
[2]GaSb薄膜及其超晶格结构的分子束外延生长与物性研究[D]. 房丹.长春理工大学 2014
[3]阻燃用氯氧化锑的制备、应用性能及阻燃机理研究[D]. 阳卫军.中南大学 2001
硕士论文
[1]GaSb晶体的生长及其组织和性能的研究[D]. 高笑.山东理工大学 2018
[2]高级氧化技术降解苯酚水样的研究[D]. 刘琛琛.山东建筑大学 2016
[3]Ⅱ型超晶格红外探测性能研究[D]. 于子阳.哈尔滨工业大学 2013
[4]GaSb表面改性及光电性质研究[D]. 王博.长春理工大学 2013
[5]中红外锑化物激光器工艺中刻蚀研究[D]. 田超群.长春理工大学 2013
[6]GaSb基化合物半导体激光器器件刻蚀工艺研究[D]. 董瑞君.长春理工大学 2012
[7]锑化物激光器、探测器的刻蚀工艺以及电化学C-V技术研究[D]. 洪婷.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2005
本文编号：3581360
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