[發明專利]一種ZnO薄膜的干法刻蝕方法

在審

• 申請號: 202011070446.3
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112185818A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 高鈺麒;咸馮林;徐林華;匡文劍;鄭改革;曹兆樓;李金花;楊明珠;裴世鑫
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H01L21/4763
• 分類號: H01L21/4763
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;喬煒

一種ZnO薄膜的干法刻蝕方法，包括如下步驟：對ZnO薄膜進行清洗，吹干后待用；在ZnO薄膜表面旋涂一層光刻膠；通過掩模紫外曝光和丙酮清洗獲得所需圖案；對ICP刻蝕的刻蝕腔進行抽真空；向刻蝕腔內通入甲烷、氫氣和氬氣，氣體流量分別為3 sccm、8 sccm和5sccm，調節真空腔壓強為0.13Pa；對刻蝕腔進行預刻蝕；在刻蝕腔內載入ZnO薄膜，調節刻蝕溫度為20攝氏度，射頻功率設置為200 W，ICP功率設置為500W或1000W，進行刻蝕，完成后取出樣品，使用丙酮超聲清洗去除光刻膠，獲得最終樣品。本發明方法能夠形成表面光滑，刻蝕界面清晰的ZnO刻蝕界面。

技術領域

本發明涉及一種ZnO薄膜的干法刻蝕方法，屬于半導體材料加工技術領域。

背景技術

ZnO是Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙化合物半導體材料，禁帶寬度為3.37eV，室溫下激子束縛能高達60 meV，遠高于室溫熱離化能（26 meV），歷經多年的發展，ZnO基半導體材料的研究在薄膜生長、雜質調控和器件應用等方面的研究獲得了巨大的進展。同時，ZnO具有豐富的納米結構，容易實現尺寸、形貌和光電性能的調控，ZnO和MgO形成ZnMgO合金可以實現帶隙在3.4-7.8電子伏范圍內的調節，通過ZnO和ZnMgO形成的界面二維電子氣可顯著增強電子遷移率，通過摻雜可以顯著增強光的散射和電子的傳輸。雖然ZnO材料的p性摻雜難以實現，但ZnO基金屬-半導體-金屬（MSM）結構、金屬-絕緣體-半導體（MIS）結構、ZnO納米陣列等在太陽能電池、發光二極管、紫外探測、氣敏傳感器、光電化學制氫等領域仍具有廣泛的應用。

此外，通過對ZnO進行摻雜可以實現較高的可見光透過率和導電性能，有望稱為繼ITO之后的新一代透明導電薄膜材料，在光電子器件中起到了引導載流子注入或者導出的作用，同時具有光電導、光耦合輸入輸出功能，是光電子器件的重要組成部分。在應用ZnO薄膜時需要對其進行精細化加工處理，刻蝕ZnO材料是氧化鋅器件加工工藝中必不可少的環節，雖然常規的酸、堿刻蝕法可有效的蝕刻ZnO，但所刻蝕的氧化鋅界面粗糙，對材料損傷較大，無法克服在ZnO薄膜刻蝕過程中側向腐蝕嚴重的問題，嚴重影響器件的性能。

發明內容

本發明為了解決現有技術中存在的問題，提供一種能提高ZnO薄膜的刻蝕均勻性和加工效率的ZnO薄膜干法刻蝕方法。

為了達到上述目的，本發明提出的技術方案為：一種ZnO薄膜的干法刻蝕方法，其特征在于，

步驟一、對ZnO薄膜進行清洗，吹干后待用；

步驟二、在ZnO薄膜表面旋涂一層光刻膠；

步驟三、通過掩模紫外曝光和丙酮清洗獲得所需圖案；

步驟四、對ICP刻蝕的刻蝕腔進行抽真空；

步驟五、向刻蝕腔內通入甲烷、氫氣和氬氣，氣體流量分別為3 sccm、8 sccm和5sccm，調節真空腔壓強為0.13Pa；

步驟六、對刻蝕腔進行預刻蝕；

步驟七、在刻蝕腔內載入ZnO薄膜，調節刻蝕溫度為20攝氏度，射頻功率設置為200 W，功率設置為500W至1000W，進行刻蝕，完成后取出樣品，使用丙酮超聲清洗去除光刻膠，獲得最終樣品。

對上述技術方案的進一步設計為：所述ZnO薄膜為藍寶石襯底上生長的厚度3微米的ZnO薄膜。

所述步驟一中，ZnO薄膜分別在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗15分鐘后，用氮氣進行吹干。

所述步驟二中，在ZnO薄膜表面旋涂光刻膠的旋涂速度為5000rpm，光刻膠厚度為1.5微米。

所述步驟四中，對刻蝕腔進行抽真空使真空度達到6×10^-6 Pa。

所述步驟七中，刻蝕時間為10分鐘。