CN110223913A - 一种去除InP半导体材料衬底的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除InP半导体材料衬底的方法，属于半导体材料领域。通过化学腐蚀一步到位，可腐蚀高达350μm以上厚度的衬底，其中盐酸和磷酸按照1：1的混合物，且在35℃的条件下腐蚀，对于625μm厚度的InP半导体材料衬底腐蚀时间缩短了将近10h，大大提高了生产效率；减少被腐蚀的半导体材料的机械损伤和应力，免去了传统的物理去除、机械去除和化学腐蚀相互结合的繁琐制作工艺，使去除衬底更加简单快速，切实降低了产品的报废率并提升了成品率和器件的优良品质。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种去除InP半导体材料衬底的方法。
背景技术
基于InP半导体材料完成外延薄膜生长，并加工成光电器件后，InP衬底通常需要去除，传统的InP衬底去除时通常需要先后采用物理机械方法、机械化学抛光和湿化学腐蚀3种方法，采用机械方法进行InP半导体材料减薄、抛光的过程中，容易在材料上产生划痕、裂纹，存在机械损伤大、报废率高、耗时长的问题。而单独采用传统的化学腐蚀方法，腐蚀速率低、处理衬底材料所需时间长，腐蚀的厚度一般100微米，无法适用于厚度大于350微米的InP衬底的去除。因此针对三寸以上InP衬底的彻底去除一般都是将物理机械法、化学方法结合才能更好、更快的去除。
公开号为CN1234601A公开的SOI衬底的回收方法和再生的衬底中，先采用腐蚀、再通过抛光，即将化学腐蚀法和机械法相结合。公开CN103803482A公开了SOI衬底上制作半导体微纳结构器件的方法，其中利用盐酸、硫酸、磷酸等腐蚀液去除元器件中的二氧化硅，但是，表面硅层厚度为1nm-10μm。公开号为CN106257624A公开了一种化合物半导体的腐蚀方法，其中对氧化层的腐蚀液体为盐酸和/或BOE，BOE溶液为体积比6:1的氟化铵与氢氟酸的混合液，比现有的刻蚀速率提高了6-10倍，该腐蚀液含有重金属，且原料的成本高，药品用量大。公开号CN104388092A公开了III-V半导体材料非选择性湿法腐蚀液及制备方法与应用，腐蚀液包括重铬酸钾、浓盐酸、磷酸和去离子水组成，一次成型。传统的单一化学腐蚀方法为盐酸与磷酸通过1:3的配比进行化学腐蚀，对于厚度为625(±25)μm的InP衬底，腐蚀耗时长，需要14.5h。
发明内容
本发明提出了一种能够快速去除InP半导体材料的衬底，成品率和生产效率显著提高、且原料成本低的方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种去除InP半导体材料衬底的方法，包括以下步骤：
(1)配制腐蚀液，所述腐蚀液包括盐酸和磷酸按照1：(0.5-1.6)的混合物；
(2)将含有≥350μm厚度衬底的半导体材料放置于腐蚀液中，保持腐蚀液温度为26-42℃；
(3)腐蚀过程中每隔0.5-1.5小时将半导体材料从腐蚀液中取出，用去离子水冲洗腐蚀液并吹干，再通过台阶仪检测衬底材料的厚度，然后放置于腐蚀液中继续腐蚀至衬底材料全部去除。
优选的，步骤(1)中所述腐蚀液的配比为盐酸：磷酸＝1：(0.5-1)。
优选的，步骤(1)中所述腐蚀液的配比为盐酸：磷酸＝1：1。
优选的，步骤(2)中所述腐蚀液温度为30-42℃。
优选的，步骤(2)中所述腐蚀液温度为28-32℃。
优选的，步骤(2)中所述腐蚀液温度为35℃。
优选的，所述盐酸的浓度为37.5％；所述磷酸的浓度为85％。
本发明去除InP半导体材料衬底的方法，其有益效果在于：
(1)通过盐酸和磷酸的特定比例，以及在特定的温度下进行腐蚀，针对待处理的InP衬底材料厚度为625μm，传统的盐酸和磷酸采取的采取1:3配比耗时13-15h；而本发明配比能够大大缩短腐蚀耗时，使耗时缩短至5-6h，时间缩短了将近10h，大大提高了生产效率；
(2)在35℃的温度下进行腐蚀，提高腐蚀速率的同时，还可减少HCl的挥发，降低盐酸的消耗，保持腐蚀速率的稳定性，同时防止HCl从腐蚀液中大量挥发；还可减少被腐蚀的半导体材料的机械损伤和应力，提高产品质量。
(3)将腐蚀液的配比和温度相结合对InP半导体材料衬底进行去除，大大提升了InP衬底材料去除的生产效率，且通过化学腐蚀一步到位，免去了传统的物理去除、机械去除和化学腐蚀相互结合的繁琐制作工艺，使去除衬底更加简单快速，切实降低了产品的报废率并提升了成品率和保持了器件的优良品质。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。
对比实验组
一种去除InP半导体材料衬底的方法，包括以下步骤：
(1)配制腐蚀液，腐蚀液包括盐酸和磷酸按照1：3的混合物；其中盐酸的浓度为37.5％；磷酸的浓度为85％；
(2)将含有衬底的半导体材料放置于腐蚀液中，保持腐蚀液温度为20℃；待处理的光学半导体衬底材料厚度为625(±25)μm；
(3)腐蚀过程中每隔0.5-1.5小时将半导体材料从腐蚀液中取出，用去离子水冲洗腐蚀液并吹干，再通过台阶仪检测衬底材料的厚度，再放置于腐蚀液中继续腐蚀至衬底材料全部去除。
实施例1
一种去除InP半导体材料衬底的方法，包括以下步骤：
(1)配制腐蚀液，腐蚀液包括盐酸和磷酸按照1：1.6的混合物；其中盐酸的浓度为37.5％；磷酸的浓度为85％；
(2)将含有衬底的半导体材料放置于腐蚀液中，保持腐蚀液温度为20℃；待处理的光学半导体衬底材料厚度为625(±25)μm；
(3)腐蚀过程中每隔0.5-1.5小时将半导体材料从腐蚀液中取出，用去离子水冲洗腐蚀液并吹干，再通过台阶仪检测衬底材料的厚度，再放置于腐蚀液中继续腐蚀至衬底材料全部去除。
实施例2
一种去除InP半导体材料衬底的方法，包括以下步骤：
(1)配制腐蚀液，腐蚀液包括盐酸和磷酸按照1：1的混合物；其中盐酸的浓度为37.5％；磷酸的浓度为85％；
(2)将含有衬底的半导体材料放置于腐蚀液中，保持腐蚀液温度为20℃；待处理的光学半导体衬底材料厚度为625(±25)μm；
(3)腐蚀过程中每隔0.5-1.5小时将半导体材料从腐蚀液中取出，用去离子水冲洗腐蚀液并吹干，再通过台阶仪检测衬底材料的厚度，再放置于腐蚀液中继续腐蚀至衬底材料全部去除。
实施例3
一种去除InP半导体材料衬底的方法，包括以下步骤：
(1)配制腐蚀液，腐蚀液包括盐酸和磷酸按照1：0.5的混合物；其中盐酸的浓度为37.5％；磷酸的浓度为85％；
(2)将含有衬底的半导体材料放置于腐蚀液中，保持腐蚀液温度为20℃；待处理的光学半导体衬底材料厚度为625(±25)μm；
(3)腐蚀过程中每隔0.5-1.5小时将半导体材料从腐蚀液中取出，用去离子水冲洗腐蚀液并吹干，再通过台阶仪检测衬底材料的厚度，再放置于腐蚀液中继续腐蚀至衬底材料全部去除。
对比实验组和实施例1-3(腐蚀液温度控制为20℃)得到的腐蚀速率如表1所示：
表1
从表1可以看出，对照组按照传统的盐酸：磷酸为1:3的情况下，耗时大约14.5h，而本发明的实施例中采用的比例大大缩短了腐蚀时间。
实施例4
一种去除InP半导体材料衬底的方法，包括以下步骤：
(1)配制腐蚀液，腐蚀液包括盐酸和磷酸按照1：1的混合物；其中盐酸的浓度为37.5％；磷酸的浓度为85％；
(2)将含有衬底的半导体材料放置于腐蚀液中，保持腐蚀液温度分别设为20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、32℃、34℃、36℃、38℃、40℃、42℃，并在以上温度下进行腐蚀；待处理的光学半导体衬底材料厚度为625(±25)μm；
(3)腐蚀过程中每隔0.5-1.5小时将半导体材料从腐蚀液中取出，用去离子水冲洗腐蚀液并吹干，再通过台阶仪检测衬底材料的厚度，再放置于腐蚀液中继续腐蚀至衬底材料全部去除。
实施例4中各温度条件下得到的结果如表2所示：
表2
从实施例4可以看出，随着温度上升，可以加速刻蚀，但是随着温度的提高腐蚀速率的提升幅度变缓，此温度节点为35℃。结果显示小于35℃时，随着温度的升高，化学腐蚀液刻蚀速率快速增长；超过35℃时，腐蚀速率增长幅度变得缓慢。这是因为超过35℃后，随着腐蚀药液内的主要成分HCl挥发的加剧，一定程度上削弱了化学药品的腐蚀速率，造成了HCl的浪费。同时导致了腐蚀速率的不稳定。
另外，温度过高后腐蚀液中的HCl最开始腐蚀速率很高，蒸发速率也很快。随着时间的增长，从腐蚀液中挥发出的HCl破坏了动态稳定性，导致腐蚀液中的HCl含量降低，腐蚀速率反而会下降。而在35℃时，可保持腐蚀速率和挥发速率的动态平衡。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种去除InP半导体材料衬底的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配制腐蚀液，所述腐蚀液包括盐酸和磷酸按照1：(0.5-1.6)的混合物；
(2)将含有≥350μm厚度衬底的半导体材料放置于腐蚀液中，保持腐蚀液温度为26-42℃；
(3)腐蚀过程中每隔0.5-1.5小时将半导体材料从腐蚀液中取出，用去离子水冲洗腐蚀液并吹干，再通过台阶仪检测衬底材料的厚度，然后放置于腐蚀液中继续腐蚀至衬底材料全部去除。
2.根据权利要求1所述去除InP半导体材料衬底的方法，其特征在于：步骤(1)中所述腐蚀液的配比为盐酸：磷酸＝1：(0.5-1)。
3.根据权利要求1所述去除InP半导体材料衬底的方法，其特征在于：步骤(1)中所述腐蚀液的配比为盐酸：磷酸＝1：1。
4.根据权利要求3所述去除InP半导体材料衬底的方法，其特征在于：步骤(2)中所述腐蚀液温度为30-42℃。
5.根据权利要求3所述去除InP半导体材料衬底的方法，其特征在于：步骤(2)中所述腐蚀液温度为28-32℃。
6.根据权利要求1所述去除InP半导体材料衬底的方法，其特征在于：所述盐酸的浓度为37.5％；所述磷酸的浓度为85％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190910 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |