氮化镓的干法刻蚀工艺研究

李 攀， 卢 宏

（华中科技大学武汉光电国家研究中心，武汉430074）

0 引 言

人类社会的进步越来越离不开电力，电力的使用过程不可避免地要进行直流交流转换，在该过程中会产生损耗，而环保问题日益突出。直流交流转换需要功率器件，而第一代硅功率器件正逐渐被更加节能、环保的，以GaN为代表的第3代半导体材料所替代［1］。Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体以其特殊的材料特性广泛应用于HEMT［2］、激光器［3-6］、调制器［7］、探测器［8-9］、LED［10-11］等各种光电子器件中。感应耦合等离子（ICP）干法刻蚀具有比反应离子刻蚀更高的等离子密度、更低的损伤，还具有更好的侧壁形貌、更高的刻蚀速率和选择比［12］，可以进行各向异性刻蚀。

Shul等［14］采用ICP 通入Cl2、H2、Ar刻蚀GaN，得到了光滑的形貌和光滑陡直的侧壁。Han等［15］采用Cl2、BCl3、Ar等气体对GaN／AlGaN 进行刻蚀，提高了ICP刻蚀效果，得到了比刻蚀前更加光滑的刻蚀表面。

本文探索GaN等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的刻蚀方法，分析刻蚀速率及刻蚀形貌。研究不同掩膜的刻蚀选择比，为这些半导体材料的干法刻蚀提供参考。

1 GaN系材料的干法刻蚀

ICP干法刻蚀原理如图1所示。本文采用英国Oxford公司的Plasmalab System 100（ICP 180）刻蚀机对GaN材料的刻蚀工艺进行探索，采用美国KLA公司KLA TENCOR P16＋台阶仪测试刻蚀深度，采用荷兰FEI公司的SIRION 200场发射扫描电镜观察刻蚀形貌。通常刻蚀采用的掩膜有光刻胶（Photo Resist，PR）、SiO2、金属等，本文对PR和SiO2等掩膜分别进行刻蚀，并观察形貌。

2 SiO2掩膜刻蚀GaN工艺

刻蚀参数见表1。表中：tPre指气流稳定吹扫时间；t是刻蚀时间；PICP是电感射频功率；PRF指下电极偏置射频功率；Temp为腔体温度；……