CN103236396B - 一种外延InSb衬底的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外延InSb衬底的表面处理方法，包括：步骤1，清洗待处理的InSb晶片，并将清洗后的InSb晶片进行干燥处理；步骤2，配制腐蚀液，并将干燥处理后的InSb晶片放入腐蚀液中进行湿化学处理；其中，配制的腐蚀液为配比为0.05%～10%的溴-甲醇，或者，HNO3:HF:CH3COOH:DI H2O的配比为1～5：0.5～5：0.5～5：5～100的CP4体系溶液；步骤3，对湿化学处理后的InSb晶片进行冲洗，并将冲洗后的InSb晶片进行干燥处理，得到表面处理后的InSb晶片。本发明所述方法在去除晶片表面自然氧化层的同时，在表面形成一层新的氧化层，该氧化层厚度更薄，脱氧温度也大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种外延InSb衬底的表面处理方法。
背景技术
分子束外延技术由于生长均匀，可原位掺杂、实时控制等优点，受到越来越多的材料研究者的青睐。近年来，随着能带工程的深入研究和分子束外延技术的逐渐发展成熟，出现了一系列基于分子束外延技术的新材料，如超晶格、量子阱等。InSb作为一种稳定的Ⅲ-V族二元化合物半导体材料，制备工艺相对成熟，易于获得位错密度极低的高质量的材料，并且可以获得大面积的晶圆材料，因此，是一种理想的外延衬底材料。另外，InSb的晶格常数与InAlSb、InAsSb及MCT等多种外延材料失配度极低，可以作为这些材料的衬底生长出低缺陷密度的高质量外延薄膜。
分子束外延逐层生长的特性要求衬底要有一个原子级的光滑平整的表面，InSb衬底表面有机杂质沾污、颗粒、金属离子和自然氧化层将阻止正常外延生长并成为外延层内缺陷的主要起因。因此在外延生长前，必须经过特殊处理将衬底表面吸附的杂质去除干净，才能生长随后的薄膜。对InSb衬底的处理通常要求去除掉衬底表面的杂质、沾污等，并形成一层氧化膜保护层。在外延生长之前，需要将该氧化层去除干净，暴露出新鲜的InSb原子层。通常采用的方法是在分子束外延系统的高真空环境下，通过高温加热将衬底表面的氧化层去除，这就需要衬底表面氧化层厚度较薄，且脱氧温度较低。一些国际上知名的InSb晶圆厂商通过在机械化学精抛光以后，增加一种新型的机械化学抛光工艺，来制备epi-ready衬底。该工艺可以进一步提升晶片表面粗糙度、并形成一层更薄的氧化层，将解吸温度降低到350℃左右。无论从成本还是效果来看，该工艺都是一种很好的实现方法，但是工艺开发难度较大，国内尚未掌握该技术。另一种方法是采用GCIB技术对InSb抛光片进行处理，该方法可以明显的降低晶片表面粗糙度，并形成了更容易加热解吸的表面氧化层。但该工艺对技术设备要求较高，不合适应用在分子束外延技术这种小批量的实验生产中。
发明内容
本发明提供一种外延InSb衬底的表面处理方法，用以在去除衬底表面自然氧化层的同时，在表面形成一层新的氧化层，降低了分子束外延系统的脱氧温度。
具体地，本发明提供的一种外延InSb衬底的表面处理方法，包括：
步骤1，清洗待处理的InSb晶片，并将清洗后的InSb晶片进行干燥处理；
步骤2，配制腐蚀液，并将干燥处理后的InSb晶片放入所述腐蚀液中进行湿化学处理；其中，配制的腐蚀液为配比为0.05%～10%的溴-甲醇，或者，HNO3:HF:CH3COOH:DIH2O的配比为1～5：0.5～5：0.5～5：5～100的CP4体系溶液；
步骤3，对湿化学处理后的InSb晶片进行冲洗，并将冲洗后的InSb晶片进行干燥处理，得到表面处理后的InSb晶片。
优选地，所述步骤2中，当采用溴-甲醇进行腐蚀时，腐蚀温度为0～25℃，腐蚀时间为5s～10min；当采用CP4体系溶液进行腐蚀时，腐蚀温度为0～50℃，腐蚀时间为5s～10min。
优选地，所述步骤3中，采用去离子水对湿化学处理后的InSb晶片冲洗，冲洗的时间优选但不限于为10min～30min。
本发明有益效果如下：
本发明通过对清洗后的InSb衬底进行湿化学处理，使得InSb衬底表面形成一层新的氧化膜保护层，当该InSb衬底放入分子束外延系统中进行脱氧时，可以在较低的温度下将氧化层完全去除干净，避免了因脱氧温度过高及脱氧时间过长而造成的表面粗糙度变差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的外延InSb衬底的表面处理方法的流程图；
图2为本发明实施例二提供的外延InSb衬底的表面处理方法的流程图；
图3为InSb外延层的表面形貌图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，经过切片、研磨、机械化学抛光和清洗后的InSb晶片表面会形成一层自然氧化层，该氧化层较厚，且脱氧温度接近InSb的熔点，难以通过加热的方式去除。为了解决该问题，本发明提出了一种外延InSb衬底的表面处理方法，该方法采用特别配置的腐蚀液对InSb晶片进行湿化学处理，在去除晶片表面自然氧化层的同时，在表面形成一层新的氧化层，该氧化层厚度更薄，脱氧温度也大大降低。下面就通过几个具体实施例对本发明所述方法进行详细说明。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供一种外延InSb衬底的表面处理方法，包括：
步骤S101，清洗待处理的InSb晶片，并将清洗后的InSb晶片进行干燥处理；
步骤S102，配制腐蚀液，并将干燥处理后的InSb晶片放入所述腐蚀液中进行湿化学处理；其中，配制的腐蚀液为配比为0.05%～10%的溴-甲醇，或者，HNO3:HF:CH3COOH:DIH2O的配比为1～5：0.5～5：0.5～5：5～100的CP4体系溶液；
优选地，该步骤中，在配制腐蚀液后，将配制的腐蚀液静置10min～60min，再将InSb晶片放入所述腐蚀液中进行湿化学处理。该静置操作可以增加腐蚀液内配比材料的反应时间，使得腐蚀液更加均匀稳定。
优选地，该步骤中，当采用溴-甲醇进行腐蚀时，腐蚀温度为0～25℃，腐蚀时间为5s～10min；当采用CP4体系溶液进行腐蚀时，腐蚀温度为0～50℃，腐蚀时间为5s～10min。
优选地，该步骤中，将InSb晶片置入夹具中固定，然后将固定有InSb晶片的夹具放入配制的腐蚀液中，并进行有节奏的上下或左右晃动，使晶面表面腐蚀均匀。
步骤S103，对湿化学处理后的InSb晶片进行冲洗，并将冲洗后的InSb晶片进行干燥处理，得到表面处理后的InSb晶片。
该步骤中，采用去离子水对湿化学处理后的InSb晶片冲洗，冲洗的时间优选但不限于为10min～30min。
实施例二
本发明实施例提供一种外延InSb衬底的表面处理方法，本实施例的基本原理与实施例一相同，是结合附图对实施例一所述方法的进一步详细阐述。如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤1：在湿化学处理之前，需要对InSb抛光晶片进行彻底的清洗，去除经过机械化学抛光工艺后，晶片残留的蜡和表面有机物残留、金属离子、颗粒粘污等杂质，以避免在后续的湿化学处理过程中影响腐蚀效果，造成二次污染。
步骤2，对InSb晶片进行干燥，避免形成水渍。干燥的方式可以选用甩干或IPA干燥。
步骤3，按特定的比例在容器中配制腐蚀液，腐蚀液配好后静置一段时间（如，10min-1h），并用水浴加热的方式将腐蚀液加热到设定的腐蚀温度待用。其中，腐蚀液为溴-甲醇溶液或者CP4体系的溶液。所述溴-甲醇的配比为0.05%至10%；CP4体系的溶液配比为：HNO3：HF：CH3COOH：DIH2O（去离子水）=1～5：0.5～5：0.5～5：5～100。
步骤4，为了消除晶片表面的自然氧化层，并形成一层容易去除的新的氧化层，需要对清洗后的晶片进行湿化学处理。具体地，将InSb晶片置入夹具中固定，然后将夹具连同晶片的放入盛有腐蚀液的容器中，如采用溴甲醇溶液，则腐蚀温度为0到25℃，腐蚀时间为5s到10min；如采用CP4体系的溶液，则腐蚀液温度为0到50℃，腐蚀时间为5s到10min。确切地说，腐蚀温度越高腐蚀时间越短，本领域技术人员可以根据该原则选择具体的腐蚀温度和腐蚀时间。
优选地，在腐蚀过程中，可以将夹具在腐蚀液中有节奏的上下或左右晃动，使晶片表面的反应均匀进行。
步骤5，腐蚀结束后，将夹具迅速转移到流动的去离子水中进行冲洗去除腐蚀液残留，冲洗时间优选为10min到30min。
步骤6，冲洗结束后，将晶片甩干或用氮气枪吹干。
步骤7，将处理好的晶片在无尘净化间进行封装，或直接放入分子束外延系统中进行脱氧处理。
如图3所示，为经过本发明所述方法处理后的晶片上外延生长的InSb外延层的表面形貌图，外延层厚度为4μm，图像由金相显微镜获得，放大倍数200倍。从图像可以看到，外延层表面非常光滑平整，无明显缺陷。这说明这种衬底处理方法非常有效，达到了理想的效果。
综上所述，经过本发明所述方案处理过的InSb晶片表面可以形成一层较薄的氧化物薄膜，该氧化层对衬底形成保护，并易于在高温下去除。经后续的分子束外延工艺验证，在这种方法处理的InSb衬底上可以生长出低缺陷密度高质量的外延薄膜。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种外延InSb衬底的表面处理方法，其特征在于，包括：
步骤0，对InSb衬底进行切片、研磨以及机械化学抛光处理，得到待表面处理的InSb晶片；
步骤1，清洗待表面处理的所述InSb晶片，并将清洗后的InSb晶片进行干燥处理；
步骤2，配制腐蚀液，并将配制的腐蚀液静置10min～60min，然后，将干燥处理后的InSb晶片放入所述腐蚀液中进行湿化学处理；其中，配制的腐蚀液为配比为0.05％～10％的溴-甲醇，或者，HNO3:HF:CH3COOH:DIH2O的配比为1～5：0.5～5：0.5～5：5～100的CP4体系溶液；其中，当采用溴-甲醇进行腐蚀时，腐蚀温度为0～25℃，腐蚀时间为5s～10min；当采用CP4体系溶液进行腐蚀时，腐蚀温度为0～50℃，腐蚀时间为5s～10min；
步骤3，对湿化学处理后的InSb晶片进行冲洗，并将冲洗后的InSb晶片进行干燥处理，得到表面处理后的InSb晶片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，采用水浴加热的方式，将所述腐蚀液加热到指定的腐蚀温度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
将InSb晶片置入夹具中固定，然后将固定有InSb晶片的夹具放入配制的腐蚀液中，并进行有节奏的上下或左右晃动，使晶面表面腐蚀均匀。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，采用去离子水对湿化学处理后的InSb晶片冲洗。
5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对湿化学处理后的InSb晶片冲洗10min～30min。
6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，将冲洗后的InSb晶片采用甩干或者氮气吹干的方式进行干燥处理。
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