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）。

CDP和CMP拋光后，線位置的變化具有相似的趨勢。拋光襯底的氧化銦錫(InAs)峰的相關強度的降低與局部結構缺陷一致，這證實了兩種清潔處理都產生了去除受損層以獲得更結構化的表面質量。

GaAs晶體具有未經處理的晶體狀態的最佳質量。砷化鎵晶片的化學制備使實驗幾何形狀t0(GaAs)峰的強度增加，半寬下降。此外，與其他半導體相比，濕法蝕刻在表面改性方面具有最大的效果。

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：湯梓紅