CN102618936B - 砷化镓表面化学腐蚀方法和化学腐蚀液 - Google Patents
砷化镓表面化学腐蚀方法和化学腐蚀液 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种对砷化镓晶片进行化学腐蚀的方法,包括:将砷化镓晶片使用金属清洗剂浸洗;在氨水中浸洗;将砷化镓晶片放入化学腐蚀液中,在10~40℃的温度下腐蚀晶片表面;以去离子水冲洗晶片表面;干燥晶片。本发明还提供了一种砷化镓晶片进行化学腐蚀的化学腐蚀液,由质量比3.2~20%的氨水、8.3~33.0%的双氧水和水组成。本发明通过有效的化学药液腐蚀工艺,去除机械加工工序所造成的晶片损伤层,消除晶片内部应力,制作满足外延生长背面粗糙度要求的晶片,得到背面均匀一致,无背侵,无背花的晶片。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料领域,具体涉及一种化学腐蚀处理III-V族化合物半导体材料砷化镓晶片表面的方法,及该方法使用的化学腐蚀液。
背景技术
砷化镓(GaAs)是重要的III-V主族化合物半导体材料之一,砷化镓单晶晶片目前已成为重要的制造光电子、微波器件的基础材料,同时还大量应用于制造超高速集成电路(IC)。
集成电路技术的发展也对晶片材料提出了更高的要求,获得良好表面质量的GaAs衬底晶片材料,对GaAs衬底的外延生长至关重要。GaAs衬底晶片的加工过程一般包括切割、磨边、研磨、抛光、清洗等加工工序,其中抛光、清洗的作用在于进一步提高晶片表面平整度、粗糙度和清洁度的质量,以满足后续外延生长的要求。
GaAs晶片研磨后,可以进一步采用化学药液对其腐蚀,以提高其表面的平整度和粗糙度。当前实际使用或文献中可见的技术如下:
郑红军等探讨了不同体系成分,温度,腐蚀过程的吸放热对晶片均匀性的影响,提出了用氨水系列进行GaAs研磨片的化学腐蚀,晶片厚度均匀性11.47%,为下步工艺提供了平整度较好的晶片,(郑红军,卜俊朋,尹玉华等,GaAs研磨片化学腐蚀均匀性的分析,功能材料与器件学报,2000,6(4):335)但该方法没有提供具体的腐蚀液配比及腐蚀操作的工艺参数,可操作性不强。
吕菲等(吕菲,赵权,于妍等,VB-GaAs晶片翘曲度的控制方法,工艺技术与材料,2008,11:1000)通过比较不同体积配比的碱性腐蚀液,选用了40%左右的碱性腐蚀液,温度控制在80℃以上,同时控制腐蚀时间和操作过程中的温度变化,有效降低了砷化镓研磨片的翘曲度,提高了加工的综合成品率,但该方法操作时温度不好控制,且容易增加碎片率。
现有技术采用硫酸体系,以硫酸,双氧水,水为基本成份配制而成的溶液作为腐蚀液,研磨后的晶片预清洗后放入腐蚀液中腐蚀,之后冲水并甩干现有技术由于晶片腐蚀的速率较慢,因此腐蚀过程耗时较长,效率偏低。而且,现有腐蚀工艺由于腐蚀过程较长,因此腐蚀药液的前后温度变化不易控制,也容易产生背侵、背花等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种腐蚀效率高,工艺控制性能好的砷化镓晶片表面化学腐蚀方法。
本发明同时提供一种化学腐蚀液。
为实现上述目的,具体技术方案为:
一种对砷化镓晶片进行化学腐蚀的方法,包括以下步骤:
1)将砷化镓晶片使用金属清洗剂浸洗;
2)在氨水中浸洗;
3)将砷化镓晶片放入化学腐蚀液中,在10~40℃的温度下腐蚀晶片表面;
4)以去离子水冲洗晶片表面;
5)干燥晶片。
其中,所述步骤1)的金属清洗剂为碱性金属清洗剂水溶液,其质量浓度为10~50%,浸洗的时间为20~30分钟,浸洗的温度为60~70℃。
其中,所述步骤2)使用质量浓度为5~20%的氨水溶液,浸泡时间5~10分钟后,使用去离子水冲洗。
其中,所述步骤3)的腐蚀温度为25~35℃;腐蚀时间为3秒至1分钟。
其中,所述步骤3)的整个过程中所述化学腐蚀液相对于砷化镓晶片表面流动;所述步骤3)之后以去离子水冲洗晶片表面。
其中,所述步骤4)使用去离子水溢流漂洗与快排冲水(QDR)相结合的方式冲洗晶片表面,冲洗时间为10秒至5分钟。
其中,所述步骤4)之后再加以手动冲水的操作。
其中,所述步骤5)的干燥,是在40~60℃温度下干燥30~60秒。
一种用于对砷化镓晶片进行化学腐蚀的化学腐蚀液,由质量含量3.2~20%的氨水、8.3~33.0%的双氧水和水组成。
优选地,所述的化学腐蚀液是由质量含量10.0~20.0%的氨水、20~33.0%的双氧水和水组成。
本发明具有如下有益效果:
1、本发明着重于对研磨后晶片的表面处理,所使用的腐蚀液腐蚀速率快,腐蚀效率高,因而可缩短工序用时,节约人力成本。
2、通过调整腐蚀时间,腐蚀液温度对晶片表面粗糙度进行合理控制,本发明可做到粗糙度范围Ra=0.29μm~0.5μm;同样腐蚀条件下的现有技术:Ra=0.48μm~1μm。
3、另外,本发明方法处理后的研磨晶片获得了良好的表面质量,可直接进行后续的晶片外延生长,在一定程度上省掉了一般加工流程中还需要进行的抛光和清洗工艺,节省了巨大的设备投资费用,也节约了能源和水资源的消耗。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换,均属于本发明的范围。
实施例中,粗糙度测试使用粗糙度测试仪(SURFCOM 480A,长度4mm,speed 0.6mm/sec);平整度测试使用平整度测试仪(美国CORNING TROPEL公司的Ultrasort150型测试仪)。
实施例1
6片厚度为260~270μm的2寸砷化镓(GaAs)晶片经研磨后放入晶片盒(Cassette),将装有晶片的Cassette先于质量浓度为20%的碱性金属清洗剂(北京东洋化工有限公司生产,浮油性清洗剂)水溶液中在50℃下浸置30分钟,再于15%(质量比)氨水中常温浸洗10分钟,之后将Cassette浸入按质量比例配制好的3.2%氨水、8.3%双氧水、其余为水的溶液中,在保持药液温度15℃下摇动10秒,之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽(QDR tank)中,用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒,并加以手动冲水5秒,之后将晶片放入晶片旋转干燥机(美国semitool,101型)中,用热氮气干燥,干燥温度40~60℃,干燥时间30~60秒。
使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是:
a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查,显示晶片背面均匀一致,亮度正常。
b)粗糙度:测得6片晶片背面5点粗糙度Ra均值=0.34μm,Rq均值=0.43μm。
c)平整度:Warp均值:3.51μm,TTV均值:4.19μm。
实施例2
6片厚度为250~260μm的2寸砷化镓(GaAs)晶片经研磨后放入晶片盒(Cassette),将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度30%)中于60℃浸置30分钟,再于5%氨水中常温浸洗10分钟,之后将Cassette放入按质量比配制好的10%氨水、20%双氧水、其余为水的溶液中,在保持药液温度20℃下浸摇20秒,之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中,用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒,并加以手动冲水5秒,之后将晶片放入晶片旋转干燥机中,用热氮气干燥,干燥温度40℃,干燥时间60秒。
使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是:
a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查,显示晶片背面均匀一致,亮度正常。
b)粗糙度:测得6片晶片背面5点粗糙度Ra均值=0.32μm,Rq均值=0.41μm。
c)平整度:Warp均值:3.20μm,TTV均值:3.97μm。
实施例3
6片厚度为240~250μm的2寸砷化镓(GaAs)晶片经研磨后放入晶片盒(Cassette),将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度50%)中于70℃浸置30分钟,再于20%的氨水中常温浸洗10分钟,之后将Cassette放入按质量比配制好的15%氨水、30%双氧水、其余为水的溶液中,在保持药液温度30℃下浸摇25秒,之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中,用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗30秒,并加以手动冲水5秒,冲水后将晶片放入晶片旋转干燥机中,用热氮气干燥,干燥温度50℃,干燥时间50秒。
使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是:
a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查,显示晶片背面均匀一致,亮度正常。
b)粗糙度:测得6片晶片背面5点粗糙度Ra均值=0.30μm,Rq均值=0.33μm。
c)平整度:Warp均值:3.22μm,TTV均值:3.97μm。
实施例4
6片厚度为250~260μm的2寸砷化镓晶片经研磨后放入晶片盒,将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度30%)中于60℃浸置30分钟,再于15%的氨水中常温浸洗10分钟,之后将Cassette放入按质量比配制好的20%氨水、25%双氧水、其余为水的溶液中,在保持药液温度35℃下浸摇20秒,之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中,用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒,并加以手动冲水5秒,冲水后将晶片放入晶片旋转干燥机(美国semitool,101型)中,用热氮气干燥,干燥温度60℃,干燥时间30秒。
使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是:
a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查,显示晶片背面均匀一致,亮度正常。
b)粗糙度:测得6片晶片背面5点粗糙度Ra均值=0.36μm,Rq均值=0.41μm。
c)平整度:Warp均值:3.41μm,TTV均值:4.09μm。
实施例5
6片厚度为250~260μm的2寸砷化镓晶片经研磨后放入晶片盒,将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度30%)中于60℃浸置30分钟,再于10%的氨水中常温浸洗10分钟,之后将Cassette放入按质量比配制好的20%氨水、33%双氧水、其余为水的溶液中,在保持药液温度40℃下浸摇20秒,之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中,用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒,并加以手动冲水5秒,冲水后之后将晶片放入晶片旋转干燥机(美国semitool,101型)中,用热氮气干燥,干燥温度50℃,干燥时间40秒。
使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是:
a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查,显示晶片背面均匀一致,亮度正常。
b)粗糙度:测得6片晶片背面5点粗糙度Ra均值=0.39μm,Rq均值=0.42μm。
c)平整度:Warp均值:3.27μm,TTV均值:4.02μm。
对比例
6片厚度为250~260μm的2寸砷化镓晶片经研磨后放入晶片盒,将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度30%)中于60℃浸置30分钟,再于氨水中常温浸洗10分钟,之后将Cassette放入按质量比配制好的75%浓硫酸、4%双氧水、其余为水的腐蚀液中,在保持药液温度60℃下浸摇150秒,之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中,用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒,并加以手动冲水5秒,冲水后之后将晶片放入晶片旋转干燥机(美国semitool,101型)中,用热氮气干燥,干燥温度50℃,干燥时间50秒。
使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是:
a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查,显示晶片背面不够均匀,有明显背花痕迹,需修复。
b)粗糙度:测得6片晶片背面5点粗糙度Ra均值=0.79μm,Rq均值=0.82μm。
c)平整度:Warp均值:5.15μm,TTV均值:4.77μm。
Claims (3)
1.一种对砷化镓晶片进行化学腐蚀的方法,包括以下步骤:
1)将砷化镓晶片使用金属清洗剂浸洗;所述金属清洗剂为碱性金属清洗剂水溶液,其质量浓度为10~50%,浸洗的时间为20~30分钟,浸洗的温度为60~70℃;
2)在氨水中浸洗;具体是使用质量浓度为5~20%的氨水溶液,浸泡时间5~10分钟后,使用去离子水冲洗;
3)将砷化镓晶片放入化学腐蚀液中腐蚀晶片表面,腐蚀的温度为25~35℃;腐蚀时间为3秒至1分钟;
其中所述的化学腐蚀液,是由质量含量10.0~15.0%的氨水、20~30.0%的双氧水和水组成;
4)以去离子水冲洗晶片表面;其中,使用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗晶片表面,冲洗时间为10秒至30秒,之后再加以手动冲水的操作;
5)干燥晶片。
2.如权利要求1所述的化学腐蚀的方法,其特征在于,所述步骤3)的整个过程中所述化学腐蚀液相对于砷化镓晶片表面流动;所述步骤3)之后以去离子水冲洗晶片表面。
3.如权利要求1所述的化学腐蚀的方法,其特征在于,所述步骤5)的干燥,是在40~60℃温度下干燥30~60秒。
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