書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：GaN 基板的表面處理

編號：JFSJ-21-077

作者：炬豐科技

關(guān)鍵詞： GaN 襯底、CMP、ICP 干蝕刻、亞表面損傷、等離子體誘導(dǎo)損傷

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直接比較了 GaN 襯底的表面處理方法，即使用膠體二氧化硅漿料的化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP) 和使用 SiCl4 氣體的電感耦合等離子體 (ICP) 干蝕刻，并總結(jié)了它們的優(yōu)缺點。

本研究通過展示 CMP 完成的 GaN 襯底的 ICP 干法蝕刻并討論 CL 強(qiáng)度下降的原因來顯示。在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，總結(jié)了當(dāng)前 CMP 和 ICP 干蝕刻需要解決的問題，以開發(fā)適用于 III 族氮化物外延的 GaN 襯底的表面處理。

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1.?介紹

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單晶體 GaN 襯底是最有希望替代藍(lán)寶石襯底的候選者之一，藍(lán)寶石襯底常用于 III 族氮化物器件，如發(fā)光二極管 (LED) 和激光二極管 (LD)，并改進(jìn) III 族氮化物器件通過實現(xiàn) III 族氮化物器件薄膜的同質(zhì)外延生長，顯著提高了性能。塊狀 GaN 單晶可以通過高壓溶液生長 (HPGS) 生長，氫化物氣相外延 (HVPE)、 氨熱生長、和液相外延 (LPE)。 塊狀晶體生長后，晶體經(jīng)歷晶圓加工，包括切割、研磨、機(jī)械拋光和化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)。機(jī)械加工產(chǎn)生的表面具有密集的劃痕和損壞網(wǎng)絡(luò)。然而，要通過同質(zhì)外延在 GaN 襯底上獲得高性能的薄膜器件，必須使 GaN 襯底的表面沒有劃痕和損壞。因此，晶圓工藝的最后一步 CMP 對后續(xù)同質(zhì)外延 GaN 薄膜和相關(guān)器件的質(zhì)量起著極其重要的作用。

CMP 和干蝕刻似乎各有優(yōu)缺點。但是，沒有關(guān)于它們的系統(tǒng)比較的報告。因此，在本文中，我們首次對 CMP 和 ICP 干蝕刻 GaN 襯底表面處理方法進(jìn)行了直接比較。

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2.?實驗程序

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2.1?GaN 襯底的金剛石拋光作為最終表面的預(yù)處理 治療

2.2?GaN襯底的CMP處理

2.3?GaN襯底的ICP干法刻蝕

2.4?表面處理后的表面和次表面評估

3.?結(jié)果和討論

3.1?GaN襯底的CMP處理

3.2?GaN襯底的ICP干法刻蝕

3.3?ICP 干蝕刻引入等離子體誘導(dǎo)損傷的證據(jù)

3.4?概括

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4.?結(jié)論

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首次直接比較了 CMP 和干蝕刻 GaN 襯底表面處理方法，并通過實驗比較了 GaN 襯底表面處理的優(yōu)缺點，以了解這些技術(shù)的當(dāng)前問題，并為開發(fā)對 GaN 襯底進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?。GaN 襯底的 CMP 精加工呈現(xiàn)出完美的表面，沒有劃痕和損壞。然而，發(fā)現(xiàn) CMP 中極低的去除率是一個關(guān)鍵問題。另一方面，ICP干蝕刻表現(xiàn)出非常高的去除率和去除機(jī)械拋光引起的亞表面損傷。然而，ICP蝕刻并不能去除機(jī)械加工產(chǎn)生的表面劃痕。此外，在 CMP 完成的 GaN 襯底的 ICP 干蝕刻后 CL 強(qiáng)度的惡化中清楚地觀察到由于 ICP 干蝕刻導(dǎo)致的等離子體誘導(dǎo)的損壞。CL 強(qiáng)度的惡化被認(rèn)為是由非輻射復(fù)合位點的產(chǎn)生引起的，這些位點可能是源自干蝕刻機(jī)械效應(yīng)（如離子轟擊）的點缺陷網(wǎng)絡(luò)。最后，對于 CMP 和 ICP 干蝕刻要解決的當(dāng)前問題已經(jīng)清楚地了解，以開發(fā)適用于 GaN 襯底的表面處理。這些是 (i) CMP 去除率的顯著提高，(ii) 適合 ICP 干蝕刻的預(yù)處理，以及 (iii) 減少等離子體誘導(dǎo)損傷的引入。想了解更多詳細(xì)信息加微：xzl1019/hlknch

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