优化栅槽形成方法：栅金属淀积前的栅槽腐蚀过程及影响

在InAs／AlSbHEMT 器件制造中，很重要的一步工艺是栅槽腐蚀。栅槽腐蚀就是把淀积栅金属区域的InAs帽层刻蚀掉，露出InAlAs层，在InAlAs层上面淀积栅金属，形成肖特基接触。这个过程决定了栅金属和沟道之间的深度和距离，这和器件的阈值电压Vth有直接关系。栅槽工艺的可控制性对整个器件的制造至关重要。

选择性腐蚀是指能完全腐蚀掉上面的InAs帽层材料后，同时能停止在下面的肖特基材料层，而不继续向下腐蚀。通常选用脂肪酸来可以实现，具有可重复性，制造出的器件具有很好的直流和交流特性。在InAs／AlSb HEMT 器件制造中，选择柠檬酸来实现InAs材料和InAlAs材料之间选择性腐蚀。选择柠檬酸可以实现高选择性和腐蚀后有较光滑的腐蚀表面，是一种较好的解决方案。

腐蚀液是按照下面的配比比例形成。首先把一水化物柠檬酸（C6H8O7·H2 O）固体1克和去离子水1ml混合配好，搅拌放置一天，待充分溶解后形成柠檬酸液体。接着把柠檬酸液体和H2O2（30%）按照1∶1比例混合，充分搅拌溶解形成腐蚀栅槽腐蚀液。所有的腐蚀实验都在22 ℃进行，腐蚀速率与温度关系很大，所以整个实验进行都是保持统一的温度。通常腐蚀过程分为两部分：首先是半导体表面易氧化，先反应把这些氧化物去除，其次柠檬酸和InAs发生化学反应被腐蚀掉。双氧水作为腐蚀InAs材料的氧化液，氧化过程中需要的H+则由柠檬酸来提供，反应过程如下：

柠檬酸腐蚀液对InAs材料的腐蚀速度很高，而对下面InAlAs材料的腐蚀速度很低，这样就能实现高选择性腐蚀。把InAs材料完全腐蚀完，但是InAlAs材料被腐蚀很少，几乎没被腐蚀。但是具体在实际制作InAs／AlSb HEMT 器件中栅槽腐蚀需要多长时间，这要根据柠檬酸对InAs的腐蚀速度来决定。为了确定柠檬酸对InAs材料和InAlAs材料的腐蚀速度，用MBE生长了两个样片，一个是InAs样片一，一个是InAlAs样片二，如图5.17所示。样片二中InAlAs容易氧化，所以在表面生长50Å 的InAs材料来保护InAlAs层。

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图5.17　腐蚀实验外延样片

两个样片首先被清洗，用丙酮，乙醇，异丙酮（IPA）在超声中清洗5分钟。样片二接着要把表面的保护层InAs层去掉，这里用非选择性腐蚀液（H3PO4∶H2O2∶H2O）按照3∶1∶50配比，腐蚀1分钟。然后对两个样片用同一种柠檬酸腐蚀液（柠檬酸液体和H2O2）进行腐蚀，期间改变H2O2的比例，得到的InAs样片和InAlAs样片的腐蚀速度如图5.18所示。从图5.18中可以看到，InAlAs材料腐蚀速度对H2O2配比不敏感，腐蚀速度很小几乎不变，而InAs材料腐蚀速度随着H2O2配比发生较大变化，比较敏感。在所研究的配比范围内，InAs的腐蚀速率都远高于InAlAs，且InAlAs几乎不被腐蚀。所以在选择H2O2配比是1ml时，腐蚀速率最大，可以实现选择性腐蚀。根据上面的腐蚀结论可以确定制作器件中腐蚀帽层的时间20秒是合理的。图5.19（a）显示了腐蚀前InAs帽层的AFM 图，图5.19（b）显示了腐蚀掉InAs后InAlAs材料的形貌。从图5.19中观察到腐蚀后的InAlAs表面平整度较好，为后面的栅金属淀积提供了较平整的表面。

图5.18　柠檬酸腐蚀InAs和InAlAs速度

图5.19　样片一的AFM 图