GaAs的湿法蚀刻和光刻工艺

引言

本文主要阐述我们华林科纳在补救InGaP/GaAs NPN HBT的喷雾湿法化学腐蚀过程中光刻胶粘附失效的几个实验的结果。确定了可能影响粘附力的几个因素，并使用实验设计(DOE)方法来研究所选因素的影响和相互作用。确定的最显著的粘附性改进是在光致抗蚀剂涂覆之前立即结合了天然氧化物蚀刻。除了改善粘附性，这种预涂处理还改变了，使得与未经表面处理的晶片相比，反应限制蚀刻更加各向同性；轮廓中都具有正锥度方向，但锥角不相同。改变后的剖面使我们能够使用5200的蒸发金属，不经平面化，生产出具有5×5 m发射极的完全可探测的HBT。

介绍

光致抗蚀剂粘附在湿法蚀刻的结果以及随后的电气和光学器件的产量中起着关键作用。有许多因素会导致光致抗蚀剂粘附到半导体衬底上。然而，公开文献中关于砷化镓的信息非常少，硅常用的方法，如六甲基二硅氮烷(HMDS)预处理可能对GaAs无效。

此外，GaAs的表面很难控制，可能对看似微小的工艺条件很敏感，例如用水冲洗晶片的时间长度。

据我们所知，只有一篇参考文献引用了在GaAs上使用预涂自然氧化物蚀刻来提高粘附性。该参考研究表明，基于水滴接触角实验，预涂处理是有前途的，并且在光致抗蚀剂显影步骤之后验证了粘附性。没有参考文献引用在湿法蚀刻过程中使用预涂处理进行粘合也不影响对湿法蚀刻轮廓的观察效果，这通常归因于蚀刻剂的GaAs晶体结构和性质。

实验过程

对我们华林科纳的历史蚀刻工艺进行了两个主要的工艺改变，使得这项工作成为必要。首先，我们从Clariant AZ4330光刻胶切换到Shipley SPR220-3。我们已经发现，然后一种抗蚀剂具有更好的旋转均匀性和分辨率，但是其对GaAs的粘附力略次于AZ4330。其次，我们将湿蚀刻从基于手动浸没的工艺转移到SSEC 3300喷雾蚀刻系统。虽然有可能产生更好的蚀刻均匀性和可重复性，但是喷雾蚀刻系统可能是对光致抗蚀剂粘附力的苛刻测试，并且在错误的情况下可能导致工艺失败，如图1所示，图1示出了遇到喷雾蚀刻系统的第一批中的一个典型器件。

一个重要的工艺细节是样品的氧等离子体残渣，其垂直放置在石英舟上，而不是水平放置在金属网格上。在将对照样品与其他实验进行比较时，石英舟的使用可能在某些条件下显著降低粘附力，因为它使晶片热隔离，允许它们在去渣过程中变热。这导致抗蚀剂粘附的不良表面。第二个细节是在喷雾蚀刻工具中进行的基于NH4OH的预蚀刻清洁，而基于HCl的预蚀刻清洁是通过浸泡在酸工作台上手动进行的。当在没有任何预涂处理的情况下进行基于NH4OH的预蚀刻清洗时，增加的喷射压力可能导致观察到的差的粘附力。

如图4所示，结合了来自DOE的预涂处理的样品的蚀刻轮廓在台面的顶部具有轻微的唇缘。该唇缘可以解释为使用喷涂工具的部分粘附损失，或者当前的喷涂蚀刻工艺不能去除光致抗蚀剂/GaAs界面处的材料。我们正在研究方法消除观察到的唇部。

起初，我们华林科纳对在最终的HBT蚀刻流程中采用预涂处理犹豫不决，因为目视观察显示，它们略微减小了蚀刻台面顶部的尺寸，如图7所示。然而，如表II所示，在前面讨论的两个晶片中没有观察到电特性的重大变化。预涂处理样品的增益更大，但分布更广，这可能需要进一步研究。Icbo和Iebo，两种工艺的基极-集电极和发射极-基极结的漏电流是相当的。

结论

我们华林科纳已经确定了在湿法蚀刻过程中影响光致抗蚀剂对GaAs粘附的许多因素。抗蚀剂粘附的结果确实表明，即使在不利的粘附条件下，也可以通过在光刻之前实施自然氧化物蚀刻来获得优异的粘附。这种相同的预涂处理也改变了(GaAs的蚀刻轮廓，表明蚀刻轮廓对GaAs表面的依赖性。作为这项工作的结果，所实施的改变极大地增加了视觉和功能产量，而没有显著改变电气性能。

审核编辑：汤梓红