CN101314211A - 化合物半导体衬底及其抛光方法、外延衬底及其制造方法 - Google Patents

化合物半导体衬底及其抛光方法、外延衬底及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了化合物半导体衬底抛光方法、化合物半导体衬底、化合物半导体外延衬底制造方法和化合物半导体外延衬底，藉此使存在于衬底前表面上的氧减少。化合物半导体衬底抛光方法包括制备步骤(S10)、第一抛光步骤(S20)和第二抛光步骤(S30)。在制备步骤(S10)中，制备化合物半导体衬底。在第一抛光步骤(S20)中，用含氯抛光剂抛光该化合物半导体衬底。在第一抛光步骤(S20)之后的第二抛光步骤(S30)中，利用包含无机增效剂pH为大于等于8.5且小于等于13.0的碱性水溶液执行抛光操作。

Description

化合物半导体衬底及其抛光方法、外延衬底及其制造方法
技术领域
本发明涉及抛光化合物半导体衬底的方法、化合物半导体衬底、制造化合物半导体外延衬底的方法和化合物半导体外延衬底；尤其是，本发明涉及减少存在于衬底浅表上的氧的化合物半导体衬底抛光方法、化合物半导体衬底、化合物半导体外延衬底制造方法，及化合物半导体外延衬底。
背景技术
因为化合物半导体衬底具有发光特性和高电子迁移率，所以它们已广泛地用于半导体激光器、发光二极管(LED)和高速器件。通常，在化合物半导体衬底制造工序中会执行抛光。例如，在日本已审查专利申请公开No.H07-67666中，在日本未审查专利申请公开No.2003-86553、2001-144056、2002-25954和2003-100671中，以及在日本专利No.3680556和3551229中，公开了抛光化合物半导体衬底的方法。
上面提到的日本已审查专利申请公开No.H07-67666公开了一种通过采用主要成分为氯代异氰脲酸(chloroisocyanuric acid)、碱金属磷酸盐和硫酸氢盐(hydrosulfate)的抛光剂抛光III-V化合物半导体衬底的技术。在公开No.H07-67666中，通过借助抛光剂中所含的氯代异氰脲酸表面氧化化合物半导体衬底，并借助碱性金属盐还原性地去除氧化物来进行抛光。然而，由于抛光剂中所含的氯代异氰脲酸被强氧化，氧化膜最终残留在衬底表面上。另外，在直至最终清洗工艺的抛光后阶段中清除氧化膜是非常困难的。
上述日本未审查专利申请公开2003-86553中公开了一种在用次氯酸盐水溶液作为抛光溶液的抛光步骤结束之后，立即用15℃或更低温度的超纯水清洗半导体晶片的技术。因为使用的抛光溶液是一种pH为8到10的强氧化性的次氯酸盐水溶液，所以在从抛光结束之后直到纯化水中用纯化水取代附着于晶片表面的强氧化性的抛光溶液的时间间隔中，半导体晶片的表面氧化继续进行。因而，氧化膜较厚地形成在半导体晶片表面上。
在上述日本未审查专利申请公开2001-144056中，公开了一种抛光半导体晶片以及在抛光完成之后立即用pH为3到5的酸性水溶液清洗晶片的技术。因为使用的抛光溶液是pH为8到10的强氧化性次氯酸盐水溶液，即使该抛光溶液在酸性水溶液被中和，抛光完成之后也仍保留氧化势(oxidizing potential)。即使在完成抛光之后，由于半导体晶片表面的氧化继续进行，因此氧化膜较厚地形成在晶片表面上。
上述的日本未审查专利申请公开No.2002-25954和2003-100671以及专利No.3680556公开了利用将表面活性剂混合到碱性抛光液制成的混合剂作为抛光溶液抛光半导体晶片的技术。然而，由于用表面活性剂不能充分地清除氧化膜生成，因此氧化膜较厚地形成在晶片表面上。
上述的日本专利No.3551229公开了如下技术，当完成半导体衬底正面的抛光时，用包含增稠剂和氧化剂的水溶液来停止抛光反应。然而，用以停止抛光反应的水溶液包含氧化剂的事实和在抛光之后使用水溶液的事实意味着，由于氧化反应没有被停止，所以不能充分地控制衬底表面上氧化膜的形成。
利用上述日本已审查专利申请公开No.H07-67666、日本未审查专利申请公开No.2003-86553、2001-144056、2002-25954和2003-100671中的技术，以及日本专利No.3680556和3551229中的技术，抛光化合物半导体衬底会导致在衬底上浅表地形成氧化膜。
由于这种原因，在制造叠层器件的情况下，在正面具有氧化膜的化合物半导体衬底上生长外延层，氧化膜中的氧充当杂质，其中进入到器件中以使它们操作的电子最终被存在于化合物半导体衬底和外延层之间的氧俘获。由此引起的问题是到达有源层的电子数目下降，不利地影响了器件特性。另一个问题是化合物半导体衬底上氧化膜的大量存在使氧化膜上建立的外延层的形态结构(其中的生长纹和缺陷)变差。
发明内容
因此，为了解决以上论述的问题而提出的本发明的目的是，提供一种化合物半导体衬底抛光方法、化合物半导体衬底、化合物半导体外延衬底制造方法和化合物半导体外延衬底，藉此减少存在于衬底浅表上的氧。
作为对减少在抛光化合物半导体衬底过程中在衬底浅表上形成的氧化膜的进一步研究的结果，本发明人想到了以下方法。
即，本发明一个方面的化合物半导体衬底抛光方法包括制备步骤、第一抛光步骤和第二抛光步骤。在制备步骤中，制备化合物半导体衬底。在第一抛光步骤中，用含氯抛光剂抛光该化合物半导体衬底。在第一抛光步骤之后的第二抛光步骤中，利用包含无机增效剂(builder)且pH为8.5到13.0(含端值)的碱性水溶液执行抛光操作。
根据本发明该方面的化合物半导体衬底抛光方法，因为执行采用还原反应的抛光操作，也就是执行在衬底正面上形成氧化膜的抛光操作，在第一抛光步骤中能有效地去除存在于该化合物半导体衬底浅表上的氧。由于用包含无机增效剂且pH为8.5到13.0(含端值)的碱性水溶液抛光允许执行采用还原反应的抛光操作，所以在第二抛光步骤中能够去除在第一抛光步骤中形成在衬底浅表上的氧化膜中的氧。因此，能够减少存在于化合物半导体衬底正面上的氧。
应该理解，该含氯抛光剂意味着包含例如次氯酸盐的氯酸离子(CIO-)的溶液，且意味着包含当溶解在氯代异氰脲酸水溶液中时产生氯酸离子(CIO-)的固体物质的抛光剂。
在该化合物半导体衬底抛光方法中，优选在第二抛光步骤中使用浓度为0.05％到2.0％(含端值)的无机增效剂。
使用0.05％或更大浓度的无机增效剂缩短了去除存在于衬底正面上的氧化物中的氧所需的时间。使用2.0％或更低浓度的无机增效剂能够容易地控制去除存在于衬底浅表上的氧化物中的氧所需的时间。
在该化合物半导体衬底抛光方法中，优选在第二抛光步骤中加入的无机增效剂由从氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、倍半碳酸钠(sodiumsesquicarbone)、偏硅酸钠(sodium metasilicate)、倍半硅酸钠、正硅酸钠、正磷酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、四磷酸钠、六偏磷酸钠和硫酸钠构成的组中选择的至少一种物质组成。
添加无机增效剂允许使用不包含有机物的无机增效剂，使得能够在第二抛光步骤之后顺利地实现废水处理，以减轻环境负担。此外，使用无机增效剂，容易调节碱性水溶液pH以便处于较高pH范围。
在该化合物半导体衬底抛光方法中，优选在制备步骤中制备的化合物半导体衬底由砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、锑化镓(GaSb)、砷化铟(InAs)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)或者氮化铝(AlN)组成。制备这种衬底使得能够使用高性能的化合物半导体衬底。
在该化合物半导体衬底抛光方法中，优选执行第一抛光步骤和第二抛光步骤作为平坦化该化合物半导体衬底的最终阶段工艺。
执行作为最终阶段平坦化工艺的第一和第二抛光步骤，使得能够减少存在于衬底浅表上的氧化膜中的氧，以这种方式优选在化合物半导体衬底表面处理方法中使用该工艺，藉此使杂质浓度降低。
应该理解，最终阶段平坦化工艺意味着抛光步骤中最后实施的步骤，其中存在于化合物半导体衬底正面上的杂质被平坦化到原子级波纹(atomic scale corrugation)的水平。
在本发明另一方面中的化合物半导体衬底是通过上述化合物半导体衬底抛光方法制造的化合物半导体衬底，其中该衬底具有一正面，其上用X射线光电子分光谱(XPS)测量的氧含量为14原子百分比(atomic％)或更少。
在本发明另一方面中的化合物半导体衬底是通过前述化合物半导体衬底抛光方法制造的，使得去除了形成在衬底浅表上的氧化膜中的氧。因此，在具有如上所述已降低了氧含量的正面的化合物半导体衬底上形成外延层，且将这种外延层用于器件的实施方案中，能够防止器件的电学特性和外延层的形态结构受氧膜形成的不利影响。
应该理解，定义XPS中的光电子取出角(takeoff angle)为10°的低角以确保分析该化合物半导体衬底表面的精确性。
在该化合物半导体衬底中，优选该衬底具有这样的正面，用具有0.2平方μm或者更小的视场且具有0.4nm或更小节距的原子力显微镜(AFM)测量该正面上RMS表面粗糙度为0.2nm或更小；且更优选RMS粗糙度测量为0.1nm或更小。
因为已经减少了形成在衬底正面上的氧化膜中的氧，因此能够制造如上所述具有其上原子级波纹已减少的平坦正面的化合物半导体衬底。因此，在将该化合物半导体衬底用于器件时，能够防止该器件的电学特性和外延层的形态结构受不利影响。
在这里，遵照JIS B0601测量该RMS粗糙度。
本发明另一方面的化合物半导体外延衬底制造方法包括执行该化合物半导体衬底抛光方法的步骤，和在执行该抛光方法步骤之后在化合物半导体衬底正面上形成外延层的后处理步骤。
该制造方法使得能够制造一种化合物半导体外延衬底，其中已经减少存在于化合物半导体衬底正面和外延层之间的界面中的氧。
本发明另一方面的化合物半导体外延衬底是通过上述化合物半导体外延衬底制造方法制造的化合物半导体外延衬底，且提供有该化合物半导体衬底及形成在其上的外延层，其中化合物半导体衬底和外延生长层之间的界面中的氧浓度为3.5×1017atoms/cm2或更小。
本发明另一方面的化合物半导体外延衬底提供有具有其上氧已减少的正面的化合物半导体衬底，使得能够制造如上所述的存在于化合物半导体衬底的正面和外延层之间的界面中的氧已减少的化合物半导体外延衬底。尤其是，用电学特性不同于所形成的化合物半导体衬底的外延层，使化合物半导体衬底和外延层之间的电学特性上的差不被氧变窄，以便进一步防止器件特性受不利影响。
根据本发明一方面的化合物半导体衬底抛光方法，在第二抛光步骤中去除形成在衬底正面上的氧化膜中氧使得能够制造存在于衬底正面上的氧已被减少的化合物半导体衬底。
从下面结合附图的详细描述中，本发明的前述和其它目的、特征、方面及优点对于本领域的技术人员将变得容易理解。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1中的化合物半导体衬底抛光方法的流程图；
图2是在本发明实施方式1中的第一和第二抛光步骤中利用的抛光设备的图；
图3是示例本发明实施方式1中的化合物半导体衬底的截面图；
图4是表示本发明实施方式2中的化合物半导体衬底表面处理方法的流程图；
图5是在清洗步骤中使用的超声设备的示意性截面图；
图6是表示本发明实施方式3中的化合物半导体外延衬底制造方法的流程图；和
图7是示例本发明实施方式3中的化合物半导体外延衬底的截面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例和实例。应该理解，在伴随本说明的附图中，用同一参考标记标注同样或等同的特征，且它们的解释将再不重复。
实施方式1
图1是表示本发明实施方式1中的化合物半导体衬底抛光方法的流程图。将参考图1进行该化合物半导体衬底抛光方法的说明。
首先，如图1所示，执行制备步骤(S10)，其中制备一种化合物半导体衬底。在制备步骤(S10)中，优选制备由砷化镓、磷化铟、锑化铟、锑化镓、砷化铟、氮化镓、氮化铟及氮化铝组成的化合物半导体衬底。应该理解，要制备的化合物半导体衬底可以是体晶或是形成在例如由体晶组成的衬底上的薄膜。
接下来，如图1所示，执行第一抛光步骤(S20)，其中用含氯抛光剂抛光该化合物半导体衬底。在第一抛光步骤(S20)中，执行采用氧化还原反应的抛光。
具体地，尽管能够使用例如包含次氯酸钠或者包含二氯异氰脲酸钠(sodium dichlorisocyanurate)水溶液的抛光剂作为含氯抛光剂，但由于溶液稳定性和使抛光速率稳定，而优选使用通过其中将无机盐加入到二氯异氰脲酸钠水溶液的固体抛光剂溶解进水中制得的抛光剂。
另外，还可进一步将至少一种添加剂，例如硅胶，添加到该含氯抛光剂。
此外，在抛光步骤(20)中，使用例如如图2中所示的抛光设备执行抛光。
应该理解，图2示例了实施方式1的第一和第二抛光步骤中使用的抛光设备。如图2所示，本发明实施方式中使用的抛光设备包括衬底支架101、旋转台板102、抛光布103及抛光剂供应单元104。衬底支架101包括挤压头101a，和与挤压头101a连接以使其旋转的轴101b。旋转台板102包括圆盘形部分102a，和连接圆盘部分102a底面中心以使其旋转的轴102b。将抛光布103固定于旋转台板102的顶面。例如，使用绒面革(suede)抛光布作为该抛光布103。将供应含氯抛光剂的抛光剂供应单元104布置在旋转台板102的上方。
在执行第一抛光步骤(S20)中，将化合物半导体衬底110贴附到挤压头101a的底面，该化合物半导体衬底110的正面112与抛光布103相对布置。且将挤压头101a向下移动以向该化合物半导体衬底110施加预定的压力。随后，使该挤压头101a和圆盘形部分102a以相同的方向(图2中箭头的方向)旋转，同时将含氯抛光剂由抛光剂供应单元104供给抛光布103。
应该理解，衬底支架101和旋转台板102可以分别在一个方向和另一个方向旋转，且可以使衬底支架101和旋转台板102中的一个旋转，而使它们中的另一个固定。而且，可抛光化合物半导体衬底110的第一正面112(可采用单面抛光)，并且可抛光第一正面和第二正面两面(可采用双面抛光)。
在第一抛光步骤(S20)中，使用含氯抛光剂使得能够在短时间内去除存在于化合物半导体衬底正面上的杂质，同时在衬底正面上形成氧化膜。然而，该第一抛光步骤(S20)会导致在该化合物半导体衬底的正面上形成氧化膜。
接下来，如图1所示，在第一抛光步骤(S20)之后，执行第二抛光步骤(S30)，其中用包含无机增效剂且pH为8.5到13.0(含端值)的碱性水溶液执行抛光。在第二抛光步骤(S30)中，执行采用还原反应的抛光。
尽管在第二抛光步骤(S30)中使用的碱性水溶液的pH是在8.5到13.0两者之间(含端值)，但优选pH为9.4到12.5(含端值)，更优选pH为10.5到12.5(含端值)。当pH为8.5或更低时，不能充分地去除在第一抛光步骤(S10)中形成的氧化膜中的氧。使pH为9.4或更高能够通过溶解存在于衬底正面上的氧化膜中的氧化物来充分地去除氧。使pH到10.5或更高能够更加充分地去除存在于衬底正面上的氧。另一方面，当pH超过13.0时，刮擦会使该化合物半导体衬底的正面上的波纹更严重。使pH为12.5或更低能防止衬底正面上的波纹变得更加严重。使pH为10.3或更低能进一步防止衬底正面上的波纹变得更严重。
在第二抛光步骤(S30)中，优选使用浓度为0.05％到2.0％(含端值)的无机增效剂，且更优选地，使用浓度为0.5％到1.3％(含端值)的无机增效剂。使用具有0.05％或更高浓度的无机增效剂能缩短去除存在于衬底正面上的氧化物所需的时间。使用具有0.5％或更高浓度的无机增效剂能更进一步缩短去除存在于衬底正面上的氧化物所需的时间。另一方面，使用具有2.0％或更低浓度的无机增效剂便于控制第二抛光步骤(S30)，因为不能过度地缩短去除存在于衬底正面上的氧化物所需的时间。使用具有1.3％或更低浓度的无机增效剂进一步便于控制第二抛光步骤(S30)。
在第二抛光步骤(S30)中，优选添加由从氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、倍半碳酸钠、偏硅酸钠、倍半硅酸钠、正硅酸钠、正磷酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、四磷酸钠、六偏酸钠和硫酸钠构成的组中选择的至少一种物质组成的无机增效剂。这种无机增效剂不包含有机物质，以便于第二抛光步骤(S30)之后的废水处理及对周围环境施加更少的负担。此外，由于该无机增效剂的水溶液具有7到13的pH，用具有以上优选范围浓度的无机增效剂能够平稳地将该碱性水溶液pH调节到上述的pH范围内。
可以用无机增效剂将该碱性水溶液调节到具有8.5到13.0(含端值)的碱性pH，优选通过向超纯水添加碳酸钠和其它碱性化学物质来调节该碱性水溶液，以便具有8.5到13.0(含端值)的碱性pH。使用超纯水保护该化合物半导体衬底的正面不被金属和其它杂质污染。另外，在其中碱性pH是8.5到13.0(含端值)的情况下，该碱性水溶液可以已包括氧化剂，抛光剂固体成分的重量比率在3％或以下的范围内。然而，从有效去除氧的观点，优选不添加氧化剂。当没有添加氧化剂时，在第二抛光步骤(S30)中能够执行仅采用还原反应的抛光。
此外，例如，能够借助在第一抛光步骤中使用的如图2所示的抛光设备执行第二抛光步骤(S30)。在用该设备执行第二抛光步骤(S30)中，可以通过例如与研磨剂提供部分104相似或不同的抛光剂供应单元，或通过另一抛光设备，将包含无机增效剂且pH为8.5到13.0(含端值)的该碱性水溶液提供给化合物半导体衬底110的正面112。
没有特别限定在第一和第二抛光步骤(S20、S30)中使用的抛光剂的温度，但优选限定在室温。将其限定在室温的原因在于，简化用于执行第一和第二抛光步骤(S20、S30)的设备。
在本发明的实施方式中，可以通过执行这些步骤(S10到S30)产生如图3所示的化合物半导体衬底10。应该理解，图3是示出本发明实施方式1中的化合物半导体衬底的截面图。
如图3所示，该化合物半导体衬底10的正面12中的氧含量通过XPS测量为14原子％或更少。优选氧含量为11原子％或更少，更优选氧含量为10原子％或更少。使氧含量为14原子％或更少可防止通过执行将在下文描述的后处理步骤而产生的器件的电学特性受不利影响。使氧含量为11原子％或更少可进一步防止通过执行将在下文描述的后处理步骤(S40)而产生的器件的电特性受不利影响。尽管氧含量越低就越优选，但氧含量为5原子％或更多，因为使得能够简单地执行第一和第二抛光步骤(S20、S30)。
应该理解，该氧含量是通过XPS测量的，其中检测并分析通过将X射线照射到该化合物半导体衬底的正面而产生的氧所固有的光电峰，来非破坏性地测量该正面的状态。
此外，该化合物半导体衬底10优选具有这样的正面12，用具有0.2平方μm或更小视场且具有0.4nm或更小节距的原子力显微镜测量该正面12的RMS粗糙度为0.2nm或更小，且更优远具有RMS粗糙度为0.1nm或更小的正面12。使RMS粗糙度为0.2nm或更小减小了正面12上的原子级波纹，提高了通过执行下文中将要描述的后处理步骤(S40)产生的器件的电学特性。使RMS粗糙度为0.1nm或更小将进一步提高通过执行后处理步骤(S40)而产生的器件的电学特性。另一方面，使RMS粗糙度为0.03nm或更大将提供当前可能的RMS。
正如刚才所述，本发明实施方式1中的化合物半导体衬底抛光方法包括第二抛光步骤(S30)，其中在用含氯抛光剂抛光化合物半导体衬底的第一抛光步骤(S20)之后，用包含无机增效剂且pH为8.5到13.0(含端值)的碱性水溶液执行抛光。发明人进一步研究发现，碱性成分和无机增效剂具有去除氧的增强效应。就是说，在第一抛光步骤(S20)中执行采用还原反应的抛光，以及在第二抛光步骤(S30)中执行采用还原反应的抛光，以溶解在第一抛光步骤(S20)中形成在衬底正面上的氧化膜中的氧化物，从而使氧化物中组成化合物半导体衬底的元素被俘获并且去除氧化物中的氧。因此，减少了存在于化合物半导体衬底正面上的氧。从而，能够制造出具有氧含量和RMS粗糙度都已降低的正面12的化合物半导体衬底。
实施方式2
图4是表示在本发明的实施方式2中表面处理化合物半导体衬底的方法的流程图。将参考图4描述本发明实施方式2中的化合物半导体衬底表面处理方法。如图4所示，实施方式2中的化合物半导体衬底表面处理方法具有与实施方式1中的化合物半导体衬底抛光方法步骤类似的步骤，而差别仅在于包括预处理步骤(S50)、预清洗步骤(S60)和清洗步骤(S70)。
首先，如图4所示，与实施方式1中一样执行制备化合物半导体衬底的制备步骤(S10)。
其次，在第一和第二抛光步骤(S20、S30)之前，执行预处理步骤(S50)，其中抛光该化合物半导体衬底。在预处理步骤(S50)中，在执行第一和第二抛光步骤(S20、S30)之前，处理该化合物半导体衬底的正面达到预定等级。应该理解，该预定等级意味着使在第一和第二抛光步骤(S20、S30)之后衬底正面的氧含量和表面粗糙度与在实施方式1中的相似或更低的条件。在预处理步骤(S50)中，例如，连续地进行执行双面抛光的步骤和执行单面抛光的步骤。
接下来，与实施方式1一样，执行第一抛光步骤(S20)，随后执行第二抛光步骤(S30)。执行第一和第二抛光步骤(S20、S30)作为平坦化该化合物半导体衬底的最终阶段工艺。
之后，执行预清洗步骤(S60)，其中用碱性清洗溶液清洗该化合物半导体衬底。在预清洗步骤(S60)中，例如，使用包含从由水性氢氧化钠(NaOH)、水性氢氧化钾(KOH)、氨水和包括胺的溶液组成的组中选择的一种的清洗溶液。执行该预清洗步骤(S60)具有去除衬底正面上的微粒的效果。应该理解，该步骤(S60)可省略。
接下来，执行清洗步骤(S70)，其中用酸性清洗溶液清洗该化合物半导体衬底。该清洗步骤(S70)包括清洗衬底正面的化学清洗步骤，例如，利用以氧化剂调节以使其为酸性且如果有必要则添加氧化剂的清洗溶液来清洗；用纯水清洗化合物半导体衬底的冲洗步骤；以及使该化合物半导体衬底变干的干燥步骤。在冲洗步骤中，通过使用超声设备将振动(或摇动)施加到该清洗溶液，例如如图5所示。
图5是示例用于冲洗步骤中的超声设备的示意性截面图。如图5所示，该超声设备提供有包含用作冲洗剂(wash)的清洗溶液7的清洗浴槽1、布置在清洗槽浴1底面上的超声波产生单元3、和连接超声波产生单元3以控制它的控制单元5。清洗溶液7包含在清洗槽浴1中。另外，将支撑多个化合物半导体衬底110的支架9保持浸入在清洗溶液7中。用支架9支撑要被清洗的多个化合物半导体衬底110。将超声波产生单元3布置在清洗浴槽1的底面上。
当在冲洗步骤中清洗该化合物半导体衬底时，将预定清洗溶液7提供到清洗浴槽1中，如图5所示，并将保持在支架9的化合物半导体衬底110连同支架9浸入到清洗溶液7中。以该方式，用清洗溶液7清洗该化合物半导体衬底110的表面。
另外，当清洗衬底时，通过用控制单元5控制超声波产生单元3，可产生超声波。结果，将超声波施加给清洗溶液7。超声波使清洗溶液7振动，增强了从化合物半导体衬底110去除杂质或微粒的效果。此外，用布置在可摇动的构件例如XY台上的清洗浴槽1，通过摇动该构件以摇动清洗浴槽1可使清洗浴槽1中的清洗溶液7搅动(摇动)。可选地，可以通过手动将化合物半导体衬底110连同支架9一起摇动，使清洗溶液7搅动(摇动)。如同施加超声波的方式，手动摇动也增强了去除化合物半导体衬底110的杂质或微粒的效果。
执行这些步骤(S10到S70)使得能够产生化合物半导体衬底10，如图3所示，其具有与实施方式1一样其上已减少氧的正面12。
正如刚才所述，根据本发明实施方式2中的化合物半导体衬底表面处理方法，执行第一和第二抛光步骤(S20、S30)作为最后的平坦化步骤。因此，能够制造已减少了存在于衬底正面上的氧的化合物半导体衬底。
实施方式3
图6是表示本发明实施方式3的化合物半导体外延衬底制造方法的流程图。将参考图6描述该化合物半导体外延衬底制造方法。该化合物半导体外延衬底制造方法基本包括与实施方式1中的化合物半导体衬底抛光方法类似的步骤，而不同之处仅在于，执行在化合物半导体衬底10的正面12上形成外延层21的后处理步骤(S40)。
具体地，首先，如图6所示，执行化合物半导体衬底抛光方法(S10到S30)。
接下来，执行后处理步骤(S40)，其中在化合物半导体衬底10的正面上形成外延层。应该理解，在后处理步骤(S40)中使用的化合物半导体衬底可以已经受第一和第二抛光步骤(S20、S30)，且不特别限制于通过实施方式1中的化合物半导体衬底抛光方法(S10到S30)产生的化合物半导体衬底10。例如，可使用通过执行在实施方式2中的化合物半导体衬底表面处理方法而产生的化合物半导体衬底。
在后处理步骤(S40)中，执行薄膜形成工艺，其中例如，在化合物半导体衬底10的正面12上形成预定的外延层，以制造如图7所示的化合物半导体外延衬底20。而且，优选采用化合物半导体外延衬底20形成多个器件。在使用外延衬底20形成器件过程中，执行裂片(dicing)的分割步骤，以在化合物半导体衬底10的正面12上形成化合物半导体外延衬底20之后，将化合物半导体外延衬底20分成单独的器件。结果，制造了设置有化合物半导体外延衬底20的器件。将这样的器件装配到例如引线框架。随后，执行引线接合步骤以制造使用这些器件的半导体设备。
通过执行这些步骤(S10到S40)制造如图7所示的化合物半导体外延衬底20。图7是示例本发明的实施方式3中的化合物半导体外延衬底的截面图。
如图7所示，该化合物半导体外延衬底20包括化合物半导体衬底10，和形成在化合物半导体衬底10上的外延层21。在化合物半导体衬底10和外延层21之间的界面22中的氧密度优选为3.5×1017atoms/cm2或更小，且更优选为2.9×1017atoms/cm2或更小。使氧密度为3.5×1017atoms/cm2或更小可以防止化合物半导体衬底10和外延层21之间传送的电子被氧俘获，消除了电子被阻止流入纵向器件的有源层的因素，以防止器件的电学特性受不利影响。使氧密度为2.9×1017atoms/cm2或更小可以进一步防止器件的电学特性受不利影响。
正如刚才所述，根据实施方式3中的制造化合物半导体外延衬底20的方法，由于减少了化合物半导体衬底10和外延层21之间的界面22中的氧密度，所以能够防止化合物半导体衬底10和外延层21之间传送的电子被氧俘获。因此，有效地增加流入纵向器件有源层的电子可以防止器件的特性受不利影响。
实施例1
为了确认根据本发明的化合物半导体衬底的效果，制备了以下样品，且检验了在第一或第二抛光步骤之后的化合物半导体衬底的正面、以及在后处理步骤之后的化合物半导体衬底和外延层之间的界面。
本发明实例1至6
本发明实例1至6中的化合物半导体衬底抛光方法是根据实施方式3中的化合物半导体外延衬底制造方法的。
具体地，在制备步骤(S10)中将GaAs半导体晶锭切片成化合物半导体衬底。
接下来，在预处理步骤(S50)中，用研磨剂磨(lap)该化合物半导体衬底并使其平坦，以将它们精确地粘合到陶瓷板。用硅胶和氯基抛光溶液的溶液混合物抛光该化合物半导体衬底。
接下来，在第一抛光步骤(S20)中使用次氯酸作为含氯抛光剂。另外，通过利用如图2所示的抛光设备，在由绒面革抛光布构成的抛光布103上将该化合物半导体衬底抛光。
接下来，在第二抛光步骤(S30)中停止氯基抛光溶液的供应，并在这之后立即将具有在下表中列出的pH的并其中溶解了焦磷酸钠、碳酸钠和硫酸钠的碱性水溶液作为无机增效剂经由抛光剂供应单元104提供给抛光布103，以在抛光布103上执行抛光三十秒。应该理解，用pH为6.97和pH为4.0的标准溶液校正的pH浓度计测量该抛光溶液的pH。
接下来，在预清洗步骤(S60)中，用超纯水清洗化合物半导体衬底的正面，并且然后将其从陶瓷板分离。
接下来，在清洗步骤(S70)中，用胆碱(胺)清洗化合物半导体衬底的正面，并且然后使其烘干。通过这些步骤，制造了本发明实例1到6中的化合物半导体衬底。
接下来，在后处理步骤(S40)中，借助于金属有机化学汽相沉积(MOCVD)装置，采用该化合物半导体衬底执行外延生长。在本发明实例1到6中，在化合物半导体衬底的正面生长GaAs层至0.05μm之后，生长AlGaAs层至2μm，在其上生长GaAs层至0.05μm。结果，制造了本发明实例1到6中的化合物半导体外延衬底。
比较例1
比较例1主要提供了与本发明实例1到6相似的化合物半导体外延衬底制造方法，但不同之处在于不执行第二抛光步骤(S30)。
比较例2
比较例2主要提供了与本发明实例6相似的化合物半导体外延衬底制造方法，但不同之处在于在第二抛光步骤(S30)中使pH为5.1。
测量方法
关于本发明实例1到6中和比较例1和2中的化合物半导体衬底，用XPS测量了在衬底正面上的氧含量，以及另外用具有0.2平方μm或更小视场且具有0.4nm或更小节距的AFM测量RMS粗糙度。作为AFM，使用Veeco制造的Dimension 3000，使用了轻敲(in tapping)测量方式。在下面的表列出了该结果。
另外，关于本发明实例1到6中和比较例1和2中的化合物半导体外延衬底，用SIMS测量在化合物半导体衬底和外延层之间的界面中的氧密度，另外通过将激光照射到衬底正面测量散射的光强度来计算衬底正面的表面平坦度。应该理解，由于存在散射强度越低、平坦度就越高的相互关系，测量的散射光强度被转换为平坦度。另外，通过进行能够非破坏地测量晶体缺陷和杂质的光致发光(PL)测量法测量化合物半导体衬底的发射强度。应该理解，晶体缺陷和杂质的存在会降低发射强度。在下面的表列出了该结果。
Figure A20071016247100221
测量结果
如表中所示，关于本发明实例1到6中的化合物半导体衬底的正面，与比较例1和2相比，氧含量大大减少了，且RMS粗糙度也大大降低了。
另外，关于本发明实例1到6中的化合物半导体衬底和化合物半导体外延衬底的外延层之间的界面，与比较例1和2相比，氧密度非常低，其平坦度大大降低了，且改善了PL强度。
正如刚才所述，根据本发明的实施例1，已示出了执行第一和第二抛光步骤(S20、S30)能够使存在于化合物半导体衬底正面上的氧减少。
本发明所公开的实施例和实现实例无论从哪方面都应当认为是示例性的而并非限制性的。本发明的范围并非通过上述描述而是通过权利要求书的范围阐明的，且意图包括与权利要求书的范围和在该范围之内的所有修改相同的含义。

Claims (10)

1.一种化合物半导体衬底抛光方法，包括：
制备步骤，制备化合物半导体衬底；
第一抛光步骤，在该化合物半导体衬底上利用含氯抛光剂进行抛光；和
第二抛光步骤，在第一抛光步骤之后，在该化合物半导体衬底上利用包含无机增效剂且pH为大于等于8.5且小于等于13.0的碱性水溶液执行抛光操作。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体衬底抛光方法，其中在所述第二抛光步骤中，使用浓度为大于等于0.05％且小于等于2.0％的无机增效剂。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的化合物半导体衬底抛光方法，其中在所述第二抛光步骤中，添加到碱性水溶液中的无机增效剂由从氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、倍半碳酸钠、偏硅酸钠、倍半硅酸钠、正硅酸钠、正磷酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、四磷酸钠、六偏磷酸钠和硫酸钠构成的组中选择的至少一种物质组成。
4.根据权利要求1所述的化合物半导体衬底抛光方法，其中在所述制备步骤中制备的化合物半导体衬底由砷化镓、磷化铟、锑化铟、锑化镓、砷化铟、氮化镓、氮化铟或氮化铝组成。
5.根据权利要求1所述的化合物半导体衬底抛光方法，其中执行第一抛光步骤和第二抛光步骤作为将该化合物半导体衬底平坦化的最终工艺。
6.一种通过根据权利要求1所述的化合物半导体衬底抛光方法生产的化合物半导体衬底，用X射线光电子分光光谱测得的该化合物半导体衬底的表面氧含量为14原子百分比或更少。
7.根据权利要求6所述的化合物半导体衬底，其具有这样的表面，该表面的RMS粗糙度利用具有≤0.2平方μm视场和0.4nm或更小节距的原子力显微镜测量为0.2nm或更小。
8.根据权利要求6所述的化合物半导体衬底，
其具有这样的表面，该表面的RMS粗糙度利用具有≤0.2平方μm视场和0.4nm或更小节距的原子力显微镜测量为0.1nm或更小。
9.一种制造化合物半导体外延衬底的方法，包括：
执行根据权利要求1所述的化合物半导体衬底抛光方法的工艺；和
在执行所述抛光方法的所述工艺之后，在化合物半导体衬底的正面上形成外延层的后处理步骤。
10.一种通过根据权利要求9所述的化合物半导体外延衬底制造方法制造的化合物半导体外延衬底，包括：
所制造的化合物半导体衬底；和
形成在化合物半导体衬底上的外延层；其中
在化合物半导体衬底和外延层之间的界面处氧密度为3.5×1017atoms/cm2或更小。
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