專利名稱：一種氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)作為第三代半導(dǎo)體材料在光電子器件和微波器件方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。在常見的光電、微波器件如發(fā)光二極管、激光二極管，光電探測器及高遷移率晶體管，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管等的制造工藝當(dāng)中，刻蝕都是十分必要的步驟。
刻蝕通常分為干法刻蝕及濕法刻蝕兩種，濕法刻蝕又分為化學(xué)刻蝕和電化學(xué)刻蝕等諸多類型，其中化學(xué)刻蝕因具有成本低(不需要干法刻蝕那樣昂貴的等離子體設(shè)備)、刻蝕速率可控、操作簡單以及適用范圍廣等優(yōu)點而被廣泛采用。
現(xiàn)已公開的氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法主要集中在各種酸溶液的使用上，具體包括1、使用鹽酸(HCl)溶液或者磷酸(H3PO4)與醋酸(HAc)的混合液進(jìn)行刻蝕(Physica B 340(2003)210)。
2、使用鹽酸溶液刻蝕(Thin solid film 411(2002)91，Journalof the Ceramic Society of Japan 110(2002)395，Jpn.J.Appl.Phys.40(2001)L303)。
在使用上述酸作為刻蝕劑時，常會出現(xiàn)刻蝕速率不均勻的現(xiàn)象。通常如圖1箭頭1，2所指的邊緣部分的刻蝕速率會快于箭頭3所指的中心部分的刻蝕速率，從而造成樣品出現(xiàn)如圖2所示的呈“W”型的剖面形貌，這種形貌對于半導(dǎo)體器件的質(zhì)量具有致命的影響。例如，制作最為常見的pn結(jié)時，如果刻蝕中出現(xiàn)上述圖2所示的“W”形剖面，會使器件p區(qū)與n區(qū)之間斷路，從而直接導(dǎo)致器件制作的失敗。
解決上述問題的辦法，目前已經(jīng)公開的只有文獻(xiàn)Semi cond.Sci.Technol.17(2002)510。在該文獻(xiàn)中，作者在氮化鎵材料的電化學(xué)刻蝕實驗中，建立了理論模型，并聲稱該模型適用于所有的“質(zhì)量轉(zhuǎn)移體系”即所有的刻蝕體系。文獻(xiàn)中提到通過提高腐蝕劑的濃度，從而提高刻蝕速率來解決“W”型剖面的問題，但是高速刻蝕帶來的刻蝕過程不好控制的問題同樣十分嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種克服了常用酸溶液刻蝕樣品時刻蝕速率邊緣快中心慢的問題、集刻蝕表面平整和刻蝕速率可控兩種優(yōu)點于一身的一種氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法，包括以下步驟首先制作氧化鋅材料的掩模，然后通過三氯化鐵水溶液或含三氯化鐵的酸溶液進(jìn)行刻蝕。
進(jìn)一步，所述三氯化鐵水溶液的濃度為0.4-40毫摩爾每升。
進(jìn)一步，所述含三氯化鐵的酸溶液為含三氯化鐵的鹽酸溶液。
進(jìn)一步，所述含三氯化鐵的鹽酸溶液中三氯化鐵的濃度為0.4-40毫摩爾每升，鹽酸的體積百分比為0.4％-2％。
上述刻蝕方法中，由于采用三氯化鐵溶液作為刻蝕劑，因此可保證刻蝕表面平整，并且只需改變?nèi)然F溶液的濃度，就可以在保證刻蝕表面平整的前提下，得到不同的刻蝕速率，操作非常簡單；而且，還可通過控制刻蝕時間來控制刻蝕深度。


圖1為現(xiàn)有的經(jīng)過酸液刻蝕后的氧化鋅材料，用dektak 8型表面形貌儀測得典型的“W”型的刻蝕剖面圖；圖2為具有“W”型刻蝕剖面的pn結(jié)樣品的示意圖；圖3為經(jīng)過三氯化鐵溶液刻蝕后的氧化鋅材料，用dektak 8型表面形貌儀測得的平整的“U”型刻蝕剖面圖；圖4為刻蝕速率隨三氯化鐵濃度變化的曲線；圖5為帶掩模的氧化鋅材料的示意圖；圖6為氧化鋅材料的刻蝕深度隨時間的變化的曲線；圖7為經(jīng)三氯化鐵的鹽酸溶液刻蝕后的氧化鋅的剖面圖。
具體實施例方式
實施例1一種對鎵摻雜n型氧化鋅材料的單晶薄膜進(jìn)行刻蝕的方法，首先使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)制作如圖5所示的掩模，并使用dektek 8型表面形貌儀測出掩模的厚度h0，然后，使用濃度為0.4mM的三氯化鐵(FeCl3)溶液進(jìn)行刻蝕，并用dektak 8型表面形貌儀測量刻蝕后掩模的厚度h1。有確切的實驗證明三氯化鐵對掩模沒有刻蝕作用，因此h1-h0即為刻蝕的厚度。刻蝕以32nm/min的速率穩(wěn)定進(jìn)行，最終在單晶薄膜上獲得了平整的刻蝕表面。
實施例2一種對鎵摻雜n型氧化鋅材料的單晶薄膜進(jìn)行刻蝕的方法，首先使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)制作如圖5所示的掩模，并使用dektek 8型表面形貌儀測出掩模的厚度h0，然后使用濃度為40mM的三氯化鐵(FeCl3)溶液刻蝕樣品10秒鐘，測得刻蝕深度為220nm，得到刻蝕速率為1300nm/min，最終在單晶薄膜上獲得了平整的刻蝕表面。
實施例3一種對鎵摻雜n型氧化鋅材料的單晶薄膜進(jìn)行刻蝕的方法，首先使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)制作如圖5所示的掩模，并使用dektek 8型表面形貌儀測出掩模的厚度h0，然后使用濃度為0.6mM的三氯化鐵(FeCl3)溶液進(jìn)行刻蝕，得到刻蝕速率為900nm/min，最終在單晶薄膜上獲得了平整的刻蝕表面。
經(jīng)過三氯化鐵溶液刻蝕后的氧化鋅材料，用dektak 8型表面形貌儀測得的平整的“U”型刻蝕剖面圖，如圖3所示，由上到下依次為刻蝕之前、刻蝕2分鐘、刻蝕4分鐘、刻蝕6分鐘時的剖面圖。
實施例4為加快刻蝕速度，對鎵摻雜n型氧化鋅材料的單晶薄膜進(jìn)行刻蝕的方法，刻蝕劑可采用含三氯化鐵的酸溶液；利用與上述實施例1所述相同的方法，刻蝕劑采用三氯化鐵(FeCl3)的鹽酸(HCl)溶液，其中三氯化鐵(FeCl3)的濃度為8mM，鹽酸(HCl)的體積比濃度為0.5％。樣品刻蝕20秒鐘，測得刻蝕深度為150nm，刻蝕速率為600nm/min，并最終在單晶薄膜上獲得了平整的刻蝕表面。
實施例5一種對鎵摻雜n型氧化鋅材料的單晶薄膜進(jìn)行刻蝕的方法，利用與上述實施例1所述相同的方法，刻蝕劑采用三氯化鐵(FeCl3)的鹽酸(HCl)溶液，其中三氯化鐵(FeCl3)的濃度為0.4mM，鹽酸(HCl)的體積比濃度為2％。最終在單晶薄膜上獲得了平整的刻蝕表面。
實施例6一種對鎵摻雜n型氧化鋅材料的單晶薄膜進(jìn)行刻蝕的方法，利用與上述實施例1所述相同的方法，刻蝕劑采用三氯化鐵(FeCl3)的鹽酸(HCl)溶液，其中三氯化鐵(FeCl3)的濃度為40mM，鹽酸(HCl)的體積比濃度為0.4％。最終在單晶薄膜上獲得了平整的刻蝕表面。
上述經(jīng)三氯化鐵的鹽酸溶液刻蝕后的氧化鋅的剖面圖如圖7所示。
從以上實施例可得到如圖4所示刻蝕速率隨三氯化鐵濃度變化的曲線及如圖6所示氧化鋅材料薄膜的刻蝕深度隨時間變化的曲線，由圖4所示曲線可知，簡單的改變?nèi)然F溶液的濃度，就可以在保證刻蝕表面平整的前提下，得到不同的刻蝕速率；由圖6所示可知，通過控制刻蝕時間即可控制刻蝕深度。
上述利用三氯化鐵的水溶液或鹽酸溶液進(jìn)行刻蝕的方法同樣適用于對本征氧化鋅單晶薄膜進(jìn)行刻蝕。利用與實施例1所述相同的方法，使用dektek 8型表面形貌儀測量刻蝕深度?？涛g劑采用三氯化鐵(FeCl3)的鹽酸(HCl)溶液，其中三氯化鐵(FeCl3)的濃度為8mM，鹽酸(HCl)的體積比濃度為0.5％。樣品刻蝕20秒鐘后，dektek 8型表面形貌儀測得的剖面圖如圖7所示，刻蝕深度為150nm，刻蝕速率為600nm/min。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法，其特征在于包括以下步驟首先制作氧化鋅材料的掩模，然后通過三氯化鐵水溶液或含三氯化鐵的酸溶液進(jìn)行刻蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法，其特征在于所述三氯化鐵水溶液的濃度為0.4-40毫摩爾每升。
3.如權(quán)利要求2所述的氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法，其特征在于所述含三氯化鐵的酸溶液為含三氯化鐵的鹽酸溶液。
4.如權(quán)利要求3所述的氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法，其特征在于所述含三氯化鐵的鹽酸溶液中三氯化鐵的濃度為0.4-40毫摩爾每升，鹽酸的體積百分比為0.4％-2％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化鋅材料的化學(xué)刻蝕方法，該方法包括以下步驟首先制作氧化鋅材料的掩模，然后通過三氯化鐵水溶液或含三氯化鐵的酸溶液進(jìn)行刻蝕。上述刻蝕方法中，由于采用三氯化鐵溶液作為刻蝕劑，因此可保證刻蝕表面平整，并且只需改變?nèi)然F溶液的濃度，就可以在保證刻蝕表面平整的前提下，得到不同的刻蝕速率，操作非常簡單；而且，還可通過控制刻蝕時間來控制刻蝕深度。
文檔編號C23F1/14GK1644764SQ20051000269
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者鄭浩, 杜小龍, 薛其坤, 顧長志 申請人:中國科學(xué)院物理研究所