华林科纳关于氮化镓的深紫外增强湿法化学蚀刻的研究报告

本文探讨了紫外辐照对生长在蓝宝石衬底上的非有意掺杂 n 型氮化镓 (GaN) 层的湿法化学刻蚀的影响。实验过程中，我们发现氮化镓的蚀刻发生在 pH 值分别为 2-1 和 11-15 的磷酸水溶液和氢氧化钾溶液中。在稀释的磷酸和氢氧化钾溶液中，氮化镓上可以观察到氧化镓的形成。这归因于两步反应过程并且在此过程中，紫外线照射可以增强氮化镓的氧化溶解。

实验中，我们使用深紫外紫外光照射来研究不同酸碱度电解质中的湿法蚀刻过程。因此，我们能够首次在 PEC 蚀刻工艺中解决氧化物生长和氮化镓溶解的问题。我们将快速蚀刻速度归因于深紫外光增强的氮化镓氧化溶解和电解质中氧化还原水平的有效载流子注入。

对于深紫外光下氮化镓的等离子体化学蚀刻，实验使用了 253.7 纳米汞柱线源。为了避免加热问题，照明强度保持在 10 毫瓦 / 平方厘米。利用短光路来避免电解质中的紫外线诱导吸收，电解液通过将 85% 的磷酸 (H3PO4) 或氢氧化钾颗粒溶解在去离子水或乙醇中来制备。使用经过校准的 Jenco 6071TH 酸度计测量电解质的 pH 值，范围为 2 1 至 15 。

图 1 显示了在 pH53 的 H3PO4 电解液中 1 小时 PEC 处理的氮化镓的扫描电镜照片。沿氮化镓生长方向可以清楚地看到针状微晶的生长。这些微晶在可见光下是透明的，可以单独溶解在 2 M 氢氧化钾溶液中等等结果。

结合上述信息，我们考虑了氮化镓的 PEC 蚀刻的两步反应模型。当用 253.7nm 汞柱线光源照射时，首先通过与自由水分子的反应，在氮化镓上形成氧化镓的氧化物层。在此过程中， GaN/ 电解质界面上的 UV 激发的热载流子有多余的能量来进入水中的 h1/h2 和一氧化二氢 /O2 氧化还原水平，并增强氧化过程。氧化层随后溶解在适当 pH 浓度的碱或酸中。

最后显示在图 4 中的是 PEC 蚀刻 GaN 样品的 SEM 显微照片，侧壁中显示的垂直条纹是由于在蚀刻过程中转移到氮化镓中的铂掩模上的条纹。它们通常在蚀刻工艺中观察到，但是可以通过优化金属剥离工艺来改善。

综上所述，我们探讨了利用不同 pH 值的氢氧化钾和磷酸电解质和 253.7nmHg 线源对氮化镓的两性 PEC 蚀刻并提出了一个结合氧化溶解机制的两步反应模型来解释氮化镓在室温下的 uv 增强的湿式化学蚀刻。

矿物元素检测：金属矿检测、岩石矿物分析、非金属矿检测、稀有矿石检测、铁矿石检测。

金属材料元素检测：钢材元素检测、金属元素检测、稀土微量元素检测、合金材料检测、金属镀层元素检测。

其它元素检测：化肥氮磷钾元素含量检测、无机材料元素分析、土壤重金属检测、水质元素离子检测。

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聚焦离子束显微镜的基本功能可概分为四种：

1. 定点切割(Precisional Cutting)-利用离子的物理碰撞来达到切割之目的。 广泛应用于集成电路(IC)和LCD的Cross Section加工和分析。

2. 选择性的材料蒸镀(Selective Deposition)-以离子束的能量分解有机金属蒸气或气相绝缘材料，在局部区域作导体或非导体的沉积，可提供金属和氧化层的沉积(Metal and TEOS Deposition)，常见的金属沉积有铂(Platinum,Pt)和钨(Tungstun,W)二种。

3. 强化性蚀刻或选择性蚀刻(Enhanced Etching-Iodine/Selective Etching-XeF2)-辅以腐蚀性气体，加速切割的效率或作选择性的材料去除。

4. 蚀刻终点侦测(End Point Detection)-侦测二次离子的讯号，藉以了解切割或蚀刻的进行状况。

在实际的应用上，为了有效的搜寻故障的区域或外来掉落的材料碎屑、尘埃、污染粒子(Particles)等位置，离子束显微镜在外围的控制系统上，可配备自动定位导航系统或影像重叠定位装置，当生产线的缺陷检视系统(Defect Inspection System)，例如:KLA或Tencor，发现制程异常时，可将芯片上缺陷的计算机档案传送到自动定位导航系统，离子束显微镜即可迅速找寻缺陷的位置，并进行切割动作，确认缺陷发生的层次，如此可避免芯片送出无尘室后与外界的灰尘混淆，达到 Off-line 找到的就是In-line 看到的 精准度，这种功能免除了工程师在试片制备上极大的困扰，同时节省了传统机械研磨法中大量的人力与工时，加之也大大的提升了成功率。

在新型的聚焦离子束显微镜，目前已有双束(Dual Beam)的机型(离子束+电子束)，在以离子束切割时，用电子束观察影像，除了可避免离子束继续 破坏现场 外，尚可有效的提高影像分辨率，同时也可配备X-光能谱分析仪或二次离子质谱仪，作元素分析之用，多样化的分析功能使得聚焦离子束显微镜的便利性及使用率大幅提升。

至于离子束显微镜在IC工业上的应用，主要可分为五大类：1.线路修补和布局验证；2.组件故障分析；3.生产线制程异常分析；4.IC 制程监控-例如光阻切割；5.穿透式电子显微镜试片制作。

在各类应用中，以线路修补和布局验证这一类的工作具有最大经济效益，局部的线路修改可省略重作光罩和初次试作的研发成本，这样的运作模式对缩短研发到量产的时程绝对有效，同时节省大量研发费用。

当我们欲进行产品侦错或故障分析时，在没有KLA或TENCOR等数据档案(例如：GDSII file)数据的情况下，对于小尺寸的晶粒或已经封装后的产品，亦可利用附属的影像重叠系统(Image Overlay System)，在光学显微镜下依据参考点定出欲分析位置的相对横向和纵向距离，而在离子束显微镜内迅速找到该位置，不需以人力费时的去寻找。假若当欲分析处为前层次或是为平坦化制程，离子束显微镜的影像无法从上视(Top-View)的观察推断出确切的分析位置时，也可藉影像对准(Align Image)将离子束显微镜影像与光学显微镜影像重叠，再由光学显微镜影像定出欲切割位置，同样可达成定点位置的分析。

关于穿透式电子显微镜试片制作，离子束显微镜提供了另一种选择，在合理的工作时数(2-6小时)与成功率(>90 %)的掌握度下，离子束显微镜不失为良好的试片制作工具。

由于离子束显微镜在辅以不同的化学气体时可具有材料沉积与蚀刻的功能，因此在5-10年前即引起人们对In-Situ Processing(在单一Chamber内连续完成所有制程) 的研究兴趣，许多先进的组件制作，例如：雷射二极管(Laser Diode)，量子井组件(Quantum Well Devices)等，都曾利用离子束显微镜的工作原理示范过组件的制作。加之，因为离子束显微镜的离子源为镓离子，对硅晶材料而言，镓离子植入亦可作为P-Type接面的离子源，在过去的浅接面(Shallow Junction Formation)中，由于镓离子的扩散系数和穿隧效应比硼(Boron,B)来得小，因此也曾掀起研究的热潮。

此外在免光罩式的离子植入(Maskless Ion Implantation)应用上，由于离子束显微镜的离子束能量可随意调变，所以相较于传统式的光阻罩幕后单一能量离子布植，离子束显微镜不但可以作极小面积的离子布植(0.1埃0.1 um2 以下)，而且最特别的是布植区域的离子植入深度 (亦即 P/N 接面的深度)可依组件设计而调变，这将使得组件设计的空间更广更有趣；在IC工业的应用上，离子束显微镜在光罩修补(Mask Repair)上亦有取代雷射光的趋势，尤其是对相位转换光罩(Phase Shift Mask, PSM)的制作中，离子束显微镜的分辨率和修补的精准度(Repair Edge Placement Accuracy)都优于雷射光，在0.25 um以下的制程中，可预期的是离子束显微镜也将会在这个领域中活络起来。

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