《炬丰科技-半导体工艺》 用乙酰丙酮蚀刻氧化锌薄膜

书籍：《Semiconductor process by Wilinear康纳》
文章：该研究采用Acetylacetone溶液进行Zinc oxide膜的Etching工艺
编号：JFKJ-21-1113
作者：Wilinear康纳科技公司

引言
氧化锌（ZnO） 压敏电阻， 电子照相感光剂 不仅仅是作为气体传感器等的电子陶瓷材料， 其C轴取向膜， 表面弹性波元件等1）的音响装置， 也可用于光波导等2）的光学器件。另外， 通过掺杂Al等3价元素，有望应用于透明导电膜。当薄膜作为半导体及透明电极材料使用时， 微细加工是必不可少的， 一般进行蚀刻。蚀刻有干法蚀刻3）和湿法蚀刻2种。干法蚀刻的方法是通过溅射进行物理蚀刻。 通过等离子中生成的激发活性物质进行化学蚀刻，这种蚀刻法是目前半导体加工的主流。 根据缺乏挥发性的物质的不同，也存在不可能进行蚀刻的情况。
因此，在本报告中，我们注意到ZnO与乙酰丙酮的反应，尝试了用有机溶剂的蚀刻。另外，从蚀刻速度和温度的倒数中，可以求出蚀刻的活化能，由于活化能是绝对量，因此被认为是可以相互比较的ZnO膜的新的评价方法。另外，不仅可以用乙酰丙酮蚀刻可以在多方面利用的氧化锌膜，而且可以从蚀刻处理液中回收作为CVD用原料的乙酰丙酮锌，可以实现对地球环境友好的再循环。

本实验研究了ZnO薄膜的合成工艺。在合成ZnO薄膜的过程中,我们采用了非真空条件下的开放型热化学气相沉积(CVD)装置(由东京精密公司制造,型号Surfcom 550A)以及射频(R.F.)磁控溅射设备(来自电阿内尔瓦公司,型号SPF-332)。为了评估薄膜性能,我们引入了多参数表征技术,包括触针式表面粗糙度形状测量仪(东京精密公司生产的Surfcom 550A)用于测定薄膜厚度并计算减损值。此外,通过高分辨率扫描电子显微镜系统(JEOL; JSM-T-300)对样品表面形貌进行了详细观察和分析,具体观察内容如图1所示。

该混合液基于乙酰丙酮（2,4-pentandione）配制而成，在体积分数比例上采用40%甲醇与60%该有机化合物相混合的方式形成。该混合液分别维持在30℃、45℃和60℃的不同温度条件下使用。将Si-O膜置于特定温度下的腐蚀液中浸泡特定时间后，并利用麦格栅搅拌器配合Netic 搅拌系统同时完成搅拌与腐蚀过程。处理完成后需将样品通过甲醇清洗并经由干燥装置充分干燥后方能进行检测评估

乙酰丙酮锌气化温度设定为125℃；采用常压热CVD法在基板温度550℃条件下制备了该膜（膜厚：~1μm），并对其蚀刻深度随时间的变化规律及蚀刻液表面状态进行了SEM表征（图2、图3）。实验结果表明各温度下的曲线均呈现良好的线性特征，并发现在不同液体温度下具有显著差异性变化趋势：随着液体温度升高至某一临界值后趋于稳定（图4）。具体而言，在室温下完成基本定值后观察到明显的表面粗糙度特征（图2），而随着反应时间延长逐渐向均匀致密方向演变（图3）。通过显微镜观察发现初始阶段表面主要以颗粒形态存在，并未发生显著形貌变化（图4）；随后逐渐形成较为规则的多孔结构（图6）。结合表征数据进一步分析可知，在不同腐蚀条件下所形成的金属氧化物纳米片之间可能存在不同程度的空间阻塞现象（图7）。

本节将对实验结果进行详细讨论