引言

III-V半導體廣泛應用于氣體檢測系統、光電探測器、光遺傳學、生物醫學應用、高電子遷移率和異質結雙極晶體管、諧振隧穿二極管和自旋電子器件太陽能電池的制造。本文提出了各種濕法納米處理的實驗方法來解釋在(NH4)2cr 2o 7–HBr–EG蝕刻溶液中InAs、InSb和GaAs、GaSb半導體溶解過程的特征。蝕刻動力學數據表明，晶體溶解具有擴散決定的性質。溶劑濃度從80體積降低到0體積。根據溶液的組成，我們研究了兩種類型的晶體表面形態，拋光和鈍化的薄膜，形成后的化學動態(CDP)和/或化學機械拋光(化學機械拋光)在溶液中，飽和的溶劑和氧化劑，結果發現，在拋光蝕刻劑中，CDP和CMP工藝均能形成鏡狀的納米粗糙度和超光滑表面。表面狀態結果表明， (NH4)2Cr2O7–HBr–EG蝕刻劑可成功用于III-V半導體的可控CDP和CMP處理，形成超光滑表面。

實驗與方法

本文比較了各種濕化學處理方法及其對表面特性的影響。使用基于(NH4)2Cr2O7和HBr的水性蝕刻劑研究溶解模型。濕化學清洗包括蝕刻(晶體與蝕刻劑成分相互作用后半導體溶解)和拋光/平滑。為了研究拋光方法對晶體溶解特性和表面狀態質量的影響，進行了處理過程。

化學機械拋光過程由非研磨蝕刻溶液執行，以避免磨粒對表面質量的粗糙影響。在這次手術中，我們使用了一種特殊的蝕刻拋光機，上面覆蓋著一層細麻布。作為蝕刻劑混合物的初始組分，我們采用了水溶液，其組成為:26質量。% (NH4)2Cr2O7(試劑級)，42質量。% HBr(超純級)和CH2(OH)CH2(OH)(乙二醇、乙二醇、試劑級)。

蝕刻速率由電子指示器TESA DIGICO 400估算，精確度為0.02米。為了精確計算晶體溶解速率，工藝時間根據蝕刻速度的降低而延長。表面形態的原子力顯微鏡(AFM)數據是在空氣中以周期性接觸模式獲得的。

結果和討論

由于半導體的蝕刻分子與晶體的相互作用，半導體的蝕刻過程隨后發生氧化還原反應。III-V半導體在二元制和(NH4)2cr 2o 7–HBr–EG成分中溶解的蝕刻速率表明，在所有濃度范圍內，溶劑濃度呈線性依賴關系。所研究的濃度間隔以0.1-8.4μm/min蝕刻率為特征(Levchenko等。2017a，b)。在最大氧化劑濃度下，晶片的反應性特征很明顯。在蝕刻速率最低的情況下，在重鉻酸鹽2?離子最小的體系中，晶體變得更加穩定。

晶體腐蝕動力學具有擴散控制性質，因為溫度系數很小，表觀活化能低至35 kJ/mol。與溫度變化相反，發現蝕刻速率取決于溶液旋轉速率。溶解由晶體/溶液界面上的擴散速度決定。與旋轉速率相關的測量表明，納米級蝕刻系統的流體動力學對于改變處理特征是重要的。在基礎溶液中，從CDP到CMP的拋光工藝類型的替換促進溶解速率從1.5–2.1增加到37–57微米/分鐘。

在化學機械拋光和化學機械拋光工藝的情況下，拋光組合物產生鏡面狀的基底表面。根據原子力顯微鏡數據，獨立于清潔程序，二元蝕刻劑系統中的襯底溶解觸發粗糙度的不太強烈的下降(表1)。單代的存在表明晶體缺陷的蝕刻，其可能在生長或切割操作期間形成(圖2）。

總結

總之，我們研究并比較了納米級CDP和CMP工藝對(NH4)2cr 2o 7-HBr-CH2(OH)CH2(OH)蝕刻溶液中ⅲ–ⅴ族半導體溶解特性的影響。基于(NH4)2Cr2O7的溴顯現蝕刻劑的特征在于InAs、GaAs、InSb和GaSb襯底的低溶解速率(0.1-57微米/分鐘)。溶劑濃度對蝕刻速率的影響具有線性相關性。與CDP處理相比，化學機械拋光過程的機械效應提高了溶解速率。襯底和蝕刻劑組分之間的相互作用之后，形成粗糙度小于1納米的拋光(在拋光蝕刻劑組合物中)和鈍化(在溶液中的CDP具有最大氧化劑濃度的情況下)表面。發現溶液的鈍化效果取決于試劑濃度。根據拉曼測量，這兩種處理都減少了具有更有序狀態的層的表面受損結構。

審核編輯：符乾江