[发明专利]一种N极性III-V族半导体材料的干法刻蚀工艺

说明书

本发明公开了一种N极性III‑V族半导体材料的干法刻蚀工艺，涉及半导体材料技术领域。本发明所述干法刻蚀工艺为：对N极性III‑V族半导体材料进行ICP刻蚀，工作气体包含三氯化硼、氯气、氩气和含氟离子的刻蚀气体。本发明通过对工作气体的种类进行选择，使得刻蚀后的半导体材料的表面更为光滑、杂质较少。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种N极性III-V族半导体材料的干法刻蚀工艺。

背景技术

III-V族材料因具有高的载流子迁移率和大的禁带宽度而在发光器件、高速器件、高温器件、高频器件、大功率器件等方面得到了更为广泛的应用。其中N极性HEMT因与传统的金属极性HEMT极性相反，具有更低的欧姆接触电阻、更好的二维电子气(2dimensionalelectron gas，2DEG)限阈性以及更强的短沟道效应抑制能力等，呈现出了更优异的器件性能。但研究表明，N极性III-V族半导体材料的活泼性更强，更容易吸附杂质，从而造成刻蚀表面的粗糙度大幅升高，对后续的工艺和器件制备都会产生很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种N极性III-V族半导体材料的干法刻蚀工艺，以所述工艺刻蚀后的半导体材料的表面杂质较少，更为光滑。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺为：对III-V族半导体材料进行ICP刻蚀，工作气体包含三氯化硼(BCl₃)、氯气(Cl₂)、氩气(Ar)和含氟离子的刻蚀气体。

传统的ICP刻蚀工艺主要为Cl基刻蚀体系，刻蚀过程以Cl^-基团的化学反应为主，刻蚀效率较高；三氯化硼能够轰击反应腔室中的水分和氧气，帮助减少表面氧化物的产生；Ar气在高能等离子体系中形成Ar+，对刻蚀副产物产生物理轰击作用，可以改善刻蚀均匀性。但发明人实验发现，N极性的III-V族半导体材料容易吸附杂质，采用刻蚀金属极性III-V族半导体材料的方法来刻蚀N极性III-V族半导体材料，难以使刻蚀面达到光滑的效果。发明人通过大量的实验发现，在工作气体中增加含氟离子的刻蚀气体后，材料表面对杂质的吸附现象有所缓解，表面粗糙度更低。

优选地，所述III-V族半导体材料为Al(Ga)N。

优选地，当所述III-V族半导体材料为Al_xGa_1-xN，且x≥0.4时，采用一步法刻蚀，工作气体中三氯化硼的体积流量为5～10sccm，氯气的体积流量为20～30sccm，氩气的体积流量为5～15sccm，含氟离子的刻蚀气体的体积流量与三氯化硼和氯气总体积流量的比值为1:(10～32)。

不同的工作气体之间存在协同及抗衡的关系，氯气的占比过高，产生的杂质较多，占比过低，刻蚀效率较低；通入含氟离子的刻蚀气体后，杂质可以被去除掉，但占比过高时，刻蚀速率会明显降低，并且会使材料表面产生新的刻蚀产物。当四种气体的体积流量比符合上述限定时，刻蚀过程的可控性更强，材料表面吸附的杂质更少，粗糙度更低。

优选地，当所述III-V族半导体材料为Al_xGa_1-xN，且x＜0.4时，采用两步法刻蚀，第一步使用三氯化硼、氯气和氩气进行刻蚀，第二步使用含氟离子的刻蚀气体或含氟离子的刻蚀气体和氩气的混合气进行干法清洗；第一步中，三氯化硼的体积流量为5～10sccm，氯气的体积流量为20～30sccm，氩气的体积流量为5～15sccm；第二步中，当工作气体为含氟离子的刻蚀气体时，其体积流量为10～15sccm，当工作气体为含氟离子的刻蚀气体和氩气的混合气时，含氟离子的刻蚀气体的体积流量为1～7sccm，氩气的体积流量为8～14sccm。