[发明专利]基于反应离子刻蚀的GaN薄膜透射电子显微镜截面样品制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN薄膜透射电子显微镜截面样品制备方法，主要解决现有制备方法步骤繁琐、耗时较长、薄区不均匀、样品制备成功率低及可靠性低的问题。其实现步骤是：1.将GaN薄膜材料切割成矩形条样品并清洗；2.制备掩膜版，设置楔形尖端宽度为20～200nm；3.在矩形条样品表面淀积电子束光刻胶，并透过掩膜版对矩形条样品进行光刻、显影和刻蚀，使样品条上形成多个凹槽；4.去除样品条表面光刻胶，再将其沿凹槽处进一步切割成小样品条，并将小样品条截面粘到铜环上，完成GaN薄膜透射电子显微镜截面样品的制备。本发明具有薄区厚度均匀可控、成品率高、可批量生产的特点，可用于表征和分析GaN薄膜的微观缺陷结构。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及GaN薄膜透射电子显微镜截面样品的制备方法，可用于表征和分析GaN薄膜的微观缺陷形貌和结构。

技术背景

GaN材料具有禁带宽度大，高击穿电场、高电子饱和速度等物理性质，并且材料质地坚硬，具有出色的化学稳定性和耐高温，抗腐蚀等特点，可大规模应用于高频大功率电子器件和耐高温器件。另外，GaN可以和AlN、InN等形成合金半导体，通过改变不同的Al组分和In组分可以调控其禁带宽度，对应的波长范围可以覆盖从红外线到紫外线全波段，非常适用于光电器件。AlGaN等合金半导体与GaN形成异质结时，异质结界面上形成高浓度的二维电子气，迁移率极高，以此为基础制备的GaN高电子迁移率晶体管是理想的微波功率器件。AlGaN/GaN等异质结电子材料的质量以及GaN与衬底材料之间因晶格常数和热膨胀系数失配导致的缺陷的表征研究，对于进一步提高GaN电子器件的可靠性和发光效率有着重要的推动作用。

目前已有很多关于透射电子显微镜TEM截面样品制备的报道，1984年，Bravman等人详细介绍了Si基材料的截面样品的制备方法，参见Bravman J C,Robert S.Thepreparation of cross-section specimens for transmission electron microscopy[J].Journal of Electron Microscopy Technique,1984,1(1):53-61.。文中制样方法为切割、多层样品对粘、研磨、粘铜环、离子减薄等，步骤繁琐，耗时较多，薄区不均匀，且成功率较低。

1996年，Tohru Ishitani等人报导了用聚焦离子束法制备透射电子显微镜截面样品，参见Tohru Ishitani.et.al.Cross-Sectional Sample Preparation by Focused IonBeam:A Review of Ion-Sample Interaction[J].Microscopy Rsearch And Technique，1996，35:320-333。但是该方法在Ga⁺离子溅射减薄样品的过程中，会在样品中植入Ga⁺，造成GaN样品损伤导致其微观结构失真，使得GaN薄膜透射电子显微镜截面样品的微观分析可靠性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GaN薄膜透射电子显微镜截面样品的制备方法，以解决现有技术中步骤繁琐，耗时较长、样品制备成功率低的问题，提高对GaN薄膜的微观缺陷形貌和结构微观分析的可靠性。

实现本发明目的技术关键是：采用楔形相连的图形掩膜版进行曝光显影，采用反应离子刻蚀方法刻蚀GaN样品，其实现步骤包括如下：

(1)使用金刚石切片机将GaN薄膜晶圆切成宽为2.5～2.8mm矩形条样品，并将其清洗干净；

(2)在石英或玻璃板上制作掩膜版，设计掩膜版图形为楔形相连状，楔形尖端宽度为20～200nm；

(3)在200℃的温度下，对矩形条样品加热5min后，用甩胶机在矩形条样品表面旋涂0.9μm厚的电子束光刻胶；

(4)在90℃的温度下，对涂胶后的矩形条样品加热1min后，用电子束光刻机透过掩膜版对矩形条样品进行光刻；