Способ локального травления фосфида галлия

 

Использование: технология изготовления полупроводниковых приборов на фосфиде галлия. Цель: повышение качества травления за счет повышения полирующих свойств травителя и сохранения топологии при глубоком (40 50 мкм) травления. Сущность изобретения: формирование углублений в пластинах фосфида галлия 100 проводят в травителе, содержащем иодат одновалентного металла 5 15 мас. соляную кислоту 7 25 мас. воду - остальное; или метапериодат одновалетного металла 1 10 мас. соляную кислоту 10 20 мас. воду остальное, при перемешивании с частотой вращения 30 60 об/мин, температуре 0 30°С и расположении элементов топологии фотошаблона на пластине в направлении <100>. 1 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов на фосфиде галлия с ориентацией100} и может быть использовано в локально-эпитаксиальной и мезапланарной технологии изготовления полупроводниковых приборов. Целью изобретения является повышение качества локального травления за счет улучшения полирующих свойств травителя и сохранения топологии при глубоком (40-50 мкм) травлении. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе локального травления фосфида галлия, включающем создание защитной маски на поверхности пластины и формирование углублений с использованием травителя, содержащего ионы йодата, соляную кислоту и воду, в качестве соединения с ионами йодата травитель содержит йодат одновалентного металла при следующем количественном соотношении компонентов, мас. Йодат одновалентного металла 5-15 Соляная кислота 7-25 Вода Остальное или метапериодат одновалентного металла при следующем количественном соотношении компонентов, мас. Метапериодат одновалент- ного металла 1-10 Соляная кислота 10-20 Вода Остальное травление осуществляют при перемешивании с частотой вращения 30-60 об/мин, температуре 0-30^оС и расположении элементов топологии на пластине в направлении <100>. Повышение качества локального травления фосфида галлия получено благодаря высокому полирующему действию травителя (R_а 0,010-0,015 мкм) и сохранению топологии (R_б/R_г 0,08-0,15) при глубоком (40-60 мкм) травлении в заявленных травителях и режимах травления. Экспериментально получено, что ионы йодата и метапериодата, являясь окислителями, и соляная кислота, отдельно взятые, не травят фосфид галлия. При смешивании их протекает реакция с образованием ионов хлорйода (lCl₂^-), способных инициировать растворение фосфида галлия. Ионы йодата и метапериодата, смешанные с другими минеральными кислотами, образуя НlO₃, не растворяют GaP. Увеличение доли соляной кислоты в травителе на основе йодата (КlO₃) более 25 мас. и в травителе на основе метапериодата (КlO₄) более 20 мас. соответственно уменьшение объемной доли воды, приводит к бурному выделению хлора, снижению скорости травления фосфида галлия и селективному характеру травления с R_a более 0,02 мкм. Уменьшение доли соляной кислоты в травителе менее 7 мас. на основе йодата (КlO₃) и менее 10 мас. в травителе на основе метапериодата (КlO₄) (соответственно увеличение доли воды), приводит к прекращению травления. Увеличение доли йодата более 15 мас. и более 10 мас. метапериодата приводит к появлению в травителе избытка нерастворенной соли и селективному травлению с R_а более 0,02 мкм. Уменьшение доли йодата (KlO₃) менее 5 мас. и метапериодата (KlO₄) менее 1 мас. приводит к снижению скорости травления до полного его прекращения. Боковое подтравливание под маску при изменении состава заявляемого травителя практически не изменяется, а определяется расположением элементов топологии фотошаблона на пластине. При формировании элементов топологии на пластине в направлениях <100> или <1<10>0> R_б/R_г составляет 0,08-0,15 и свидетельствует о том, что при глубоком (40-50 мкм) травлении можно без искажений перенести на пластину рисунок, заданный фотошаблоном, т.е. сохранить топологию. При изменении направления <110> до <100> расположения элементов топологии на пластине боковое подтравливание (R_б/R_г) увеличивается до 1. Температурный диапазон травителя 0-30^оС. Уменьшение температуры травителя ниже 0^оС приводит к кристаллизации раствора, а следовательно, к прекращению травления. Увеличение температуры травителя выше 30^оС вызывает селективный характер травления и снижает качество травления. Уменьшение частоты вращения при перемешивании менее 30 об/мин приводит к ухудшению полирующих свойств травителя (R_a более 0,02 мкм). Увеличение частоты вращения при перемешивании более 60 об/мин не ухудшает качество травления, но приводит к технологическим неудобствам (разбрызгивание травителя и т.п.). П р и м е р 1. Примером конкретного осуществления данного способа может служить локальное травление углублений на пластинах GaP100} для последующего локального наращивания гетероэпитаксиальных слоев GaAs_1-xP_x. Травление углублений шириной 1000 мкм и длиной 4000 мкм проводили в травителе следующего состава: 10 мас. KlO₃ в 20 мас. НСl при перемешивании с частотой вращения 60 об/мин и температуре 20^оС со скоростью травления 4,3 мкм/мин, на глубину 40 мкм. В качестве защитной маски использовали нитрид кремния. Рисунок на маске формировали методом фотолитографии с помощью фоторезиста ФП-383 при расположении растра фотошаблона на пластине в направлениях <110>. Приготовление травителя проводили из концентрированной соляной кислоты квалификации "осч" и йодноватокислого калия "ч" следующим образом: к 45 мл деионизованной воды приливали 45 мл соляной кислоты и перемешивали. В полученный раствор небольшими порциями всыпали при перемешивании 10 г КlO₃ и растворяли. Раствор окрашивали в желтый цвет. Температура свежеприготовленного травителя 20^оС. Полирующие свойства травителя оценивали в соответствии с ГОСТ 2789-73 "Шероховатость поверхности" с помощью профилографа-профилометра модели 252 по параметру R_а среднеарифметическому отклонению профиля. Пригодность травителя для глубокого травления с сохранением топологии при перенесении рисунка с фотошаблона на пластину оценивали по R_б/R_г. Защитные свойства маски оценивали по количеству сквозных пар, появившихся после травления. Результаты измерения R_б/R_г, R_a представлены в таблице, пример 2. R_б/R_г составляет 0,08, R_a 0,018 мкм, маска нитрида кремния не имеет проколов. Это свидетельствует о высоких полирующих свойствах травителя, позволяющих облегчить наращивание в углублениях бездефектных эпитаксиальных слоев и при глубоком травлении сохранить топологию. П р и м е р 2. Локальное травление эпитаксиальных структур GaP:N/GaP для формирования тестовых мезасветодиодов с размером рабочей площадки 400х400 мкм проводили в травителе следующего состава: 5 мас. КlО₄ в 15 мас. HCl при перемешивании с частотой вращения 50 об/мин на глубину 40 мкм со скоростью травления 2,2 мкм/мин, при температуре 20^оС. Защитную маску формировали с помощью фоторезиста ФП-383 при расположении растра фотошаблона на пластине в направлениях <110> или <1<10>0>. Результаты измерений R_a и R_б/R_г представлены в таблице, пример 6. R_б/R_г составляет 0,15, R_a 0,018 мкм, маска фоторезиста не имеет проколов, что свидетельствует о высоких полирующих свойствах травителя и позволяет формировать элементы с сохранением топологии при глубоком травлении. Остальные примеры осуществления данного способа приведены в таблице.

Формула изобретения

СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ТРАВЛЕНИЯ ФОСФИДА ГАЛЛИЯ с ориентацией {100}, включающий создание защитной маски на поверхности пластины и формирование углублений с использованием травителя, содержащего соединение с ионами йодата, соляную кислоту и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения качества травления за счет повышения полирующих свойств травителя и сохранения топологии при глубоком 40 50 мкм травлении, в качестве соединения ионами йодата травитель содержит йодат одновалентного металла при следующем количественном соотношении компонентов, мас. Йодат одновалентного металла 5 15 Соляная кислота 7 25 Вода Остальное или метапериодат одновалентного металла при следующем соотношении компонентов мас. Метапериодат одновалентного металла 1 10 Соляная кислота 10 20 Вода Остальное травление осуществляют при перемешивании с частотой вращения 30 60 об. /мин, температуре 0 30^oС и расположении элементов топологии на пластине в направлениях <100>.

РИСУНКИ

Рисунок 1