CN110373195A - 腐蚀液及从二类超晶格外延薄膜层去除锑化镓衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种腐蚀液及从二类超晶格外延薄膜层上去除锑化镓衬底的方法，腐蚀液用于去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底，腐蚀液包括：原料，至少包括以下之一：氢氟酸、磷酸；缓冲剂，至少包括以下之一：柠檬酸、乳酸、酒石酸；添加剂，包括含有高锰酸根离子的化合物、含有重铬酸根离子的化合物、或含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物。采用本发明，通过选择对锑化镓腐蚀能力较小的主料，并配以缓冲剂和添加剂，用于去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底，可以避免现有技术中在去除锑化镓的过程中造成二类超晶格外延薄膜层被腐蚀去除的情况，实现了二类超晶格外延薄膜层的表面无损伤，成功地还原了二类超晶格外延薄膜层的表面状态。

Description

腐蚀液及从二类超晶格外延薄膜层去除锑化镓衬底的方法
技术领域
本发明涉及腐蚀技术领域，尤其涉及一种腐蚀液及从二类超晶格外延薄膜层上去除锑化镓衬底的方法。
背景技术
相关技术中，通过将锑化镓(GaSb)衬底和二类超晶格薄膜材料整体粘附在玻璃基板上，衬底材料向上，先后采用机械研磨或车削、机械抛光和化学腐蚀的方法去除衬底。这种方式在操作过程中，由于锑化镓衬底材料在研磨过程中很容易崩边掉渣使衬底表面划伤，形成较深的损伤，而且在抛光过程中由于抛光工艺本身的技术特点很容易使锑化镓衬底材料厚度不均匀，另外，由于化学抛光只能均匀地去除厚度，很容易造成锑化镓衬底去除完全的同时二类超晶格材料也可能被腐蚀去除一定厚度，对器件的性能产生一定的影响。
发明内容
本发明实施例提供一种腐蚀液及从二类超晶格外延薄膜层上去除锑化镓衬底的方法，用以解决现有技术中工艺流程复杂、容易造成二类超晶格薄膜材料损耗的问题。
本发明实施例提供一种腐蚀液，用于去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底，腐蚀液包括：
原料，至少包括以下之一：氢氟酸、磷酸；
缓冲剂，至少包括以下之一：柠檬酸、乳酸、酒石酸；
添加剂，包括含有高锰酸根离子的化合物、含有重铬酸根离子的化合物、或含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物。
根据本发明的一些实施例，含有高锰酸根离子的化合物包括：高锰酸钾或高锰酸。
根据本发明的一些实施例，含有重铬酸根离子的化合物包括：重铬酸钾或重铬酸。
根据本发明的一些实施例，含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物包括：高锰酸钾与重铬酸钾的混合物、高锰酸钾与重铬酸的混合物、高锰酸与重铬酸钾的混合物、或高锰酸与重铬酸的混合物。
根据本发明的一些实施例，每升腐蚀液中含有原料的量为50克至110克，每升腐蚀液中含有缓冲剂的量为2克至20克。
根据本发明的一些实施例，当添加剂为含有高锰酸根离子的化合物时，每升腐蚀液中含有添加剂的量为30克至80克。
根据本发明的一些实施例，当添加剂为含有重铬酸根离子的化合物时，每升腐蚀液中含有添加剂的量为75克至120克。
根据本发明的一些实施例，当添加剂为含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物时，每升腐蚀液中含有添加剂的量为105克至200克，其中，混合物中锰酸根离子与重铬酸根离子的比例为1：0.54。
本发明实施例还提供一种从二类超晶格外延薄膜层上去除锑化镓衬底的方法，包括：
制备腐蚀液；
将带有锑化镓衬底的二类超晶格外延薄膜层放入腐蚀液中持续预设时间；
用无水乙醇清洗二类超晶格外延薄膜层。
进一步地，制备腐蚀液具体包括：
在主料中添加缓冲剂；
在主料中添加添加剂；
其中，主料至少包括以下之一：氢氟酸、磷酸，缓冲剂至少包括以下之一：柠檬酸、乳酸、酒石酸，添加剂包括含有高锰酸根离子的化合物、含有重铬酸根离子的化合物、或含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物。
采用本发明实施例，通过选择对锑化镓腐蚀能力较小的主料，并配以缓冲剂和添加剂，用于去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底，可以避免现有技术中在去除锑化镓的过程中造成二类超晶格外延薄膜层被腐蚀去除的情况，实现了二类超晶格外延薄膜层的表面无损伤，成功地还原了二类超晶格外延薄膜层的表面状态。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
具体实施方式
下面更详细地描述本公开的示例性实施例。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
红外焦平面探测技术具有光谱响应波段宽、可获得更多地面目标信息、能昼夜工作等显著优点，广泛应用于预警探测、情报侦察、毁伤效果评估以及农牧业、森林资源的调查、开发和管理、气象预报、地热分布、地震、火山活动，太空天文探测等领域。其中，二类超晶格材料是高性能红外焦平面探测器的核心材料。
制备二类超晶格材料的技术方法一般采用分子束外延法(MBE)。一般地，二类超晶格材料的厚度保持在5-15微米左右，用于外延二类超晶格薄膜材料的衬底一般为锑化镓(GaSb)材料，晶相为<100>。在制备过程中，InAs/GaSb II 类超晶格红外探测器材料在GaSb衬底上外延生长，通过器件工艺制备芯片后，正面与读出电路互联，红外光需从探测器背面入射。
然而，由于GaSb衬底对背入射红外光有较强的吸收，短中波红外光透过率通常会小于40％，大于10微米红外光透过率甚至小于20％。为了使足够的红外光能够到达探测器，保证探测器的性能，GaSb衬底必须被减薄去除。
相关技术中，通过将锑化镓(GaSb)衬底和二类超晶格薄膜材料整体粘附在玻璃基板上，衬底材料向上，先后采用机械研磨或车削、机械抛光和化学腐蚀的方法去除GaSb衬底。但这种方式在操作过程中，由于锑化镓衬底材料在研磨过程中很容易崩边掉渣使衬底表面划伤，形成较深的损伤，而且在抛光过程中由于抛光工艺本身的技术特点很容易使锑化镓衬底材料厚度不均匀，另外，由于化学抛光只能均匀地去除厚度，很容易造成锑化镓衬底去除完全的同时二类超晶格材料也可能被腐蚀去除一定厚度，对器件的性能产生一定的影响。
因此，考虑到上述工艺流程的弊端，本发明实施例提供一种用于去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底的腐蚀液，腐蚀液包括：原料、缓冲剂和添加剂。其中，原料至少包括以下之一：氢氟酸、磷酸。可以理解的是，可以采用氢氟酸作为腐蚀液的原料成份，也可以采用磷酸作为腐蚀液的原料成份，当然，氢氟酸和磷酸的混合液也可以作为腐蚀液的原料成份。
缓冲剂至少包括以下之一：柠檬酸、乳酸、酒石酸。可以理解的是，可以选择柠檬酸、乳酸、酒石酸中的任意一种作为腐蚀液的缓冲剂成份，也可以任意组合柠檬酸、乳酸、酒石酸作为腐蚀液的缓冲剂成份，例如，柠檬酸和乳酸的组合形式、柠檬酸和酒石酸的组合形式、乳酸和酒石酸的组合形式，或是柠檬酸、乳酸、酒石酸三者的组合形式。
添加剂包括含有高锰酸根离子的化合物、含有重铬酸根离子的化合物、或含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物。
采用本发明实施例，通过选择对锑化镓腐蚀能力较小的主料，并配以缓冲剂和添加剂，用于去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底，可以避免现有技术中在去除锑化镓的过程中造成二类超晶格外延薄膜层被腐蚀去除的情况，实现了二类超晶格外延薄膜层的表面无损伤，成功地还原了二类超晶格外延薄膜层的表面状态。
在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
为了降低材料成本，根据本发明的一些实施例，含有高锰酸根离子的化合物可以包括：高锰酸钾或高锰酸。含有重铬酸根离子的化合物可以包括：重铬酸钾或重铬酸。含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物可以包括：高锰酸钾与重铬酸钾的混合物、高锰酸钾与重铬酸的混合物、高锰酸与重铬酸钾的混合物、或高锰酸与重铬酸的混合物。
为了保证腐蚀液的作用效果并避免对二类超晶格外延薄膜层造成损坏，根据本发明的一些实施例，每升腐蚀液中含有原料的量可以保持在50克至110克之间，当然也可以选择50克或110克，每升腐蚀液中含有缓冲剂的量可以保持在2克至20克之间，同理，也可以选择2克或20克。
大量实验测得，如果原料的浓度低于50g/L，腐蚀液对锑化镓衬底基本没有腐蚀效果，如果原料的浓度大于110g/L，可能会造成整个腐蚀过程的控制难度加大，而且也会增加材料的费用。如果缓冲剂的浓度低于2g/L，缓冲剂基本达不到高选择性的缓蚀效果。如果缓冲剂的浓度高于20g/L，会相应增加缓冲剂的成本。
同样地，考虑到成本及腐蚀效果，根据本发明的一些实施例，当添加剂为含有高锰酸根离子的化合物时，每升腐蚀液中含有添加剂的量保持在30克至80 克之间，或者选择30克、80克。当添加剂为含有重铬酸根离子的化合物时，每升腐蚀液中含有添加剂的量保持在75克至120克之间，或者选择75克、120克。当添加剂为含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物时，每升腐蚀液中含有添加剂的量为105克至200克，其中，混合物中锰酸根离子与重铬酸根离子的比例为1：0.54。
大量实验测得，如果含有高锰酸根离子的化合物的浓度低于30g/L，或是含有重铬酸根离子的化合物的浓度低于75g/L，或者含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物的浓度低于105g/L时，会造成腐蚀液的腐蚀速率慢，达不到高选择性腐蚀的效果。
需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
下面通过几个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的腐蚀液。腐蚀液可以去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底，其中，二类超晶格外延薄膜层是通过分子束外延(MBE)工艺方法获的，二类超晶格外延薄膜层的厚度在3～ 8微米之间，锑化镓衬底的晶向为<100>，锑化镓衬底的厚度在10～20微米之间。
另外，值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
实施例1
腐蚀液包括：原料、缓冲剂和添加剂，其中，原料包括氢氟酸，缓冲剂包括柠檬酸，添加剂包括高锰酸钾化合物，氢氟酸的浓度为90g/L，高锰酸钾化合物的浓度为75g/L，柠檬酸的浓度为7g/L。
实施例2
与实施例1不同的是，在该实施例中，添加剂包括重铬酸钾化合物，且重铬酸钾化合物的浓度为145g/L。
实施例3
与实施例2不同的是，在该实施例中，氢氟酸的浓度为100g/L，重铬酸钾化合物的浓度为155g/L。
实施例4
与实施例1不同的是，在该实施例中，添加剂包括高锰酸钾化合物和重铬酸钾化合物，且氢氟酸的浓度为85g/L，高锰酸钾化合物的浓度为70g/L，重铬酸钾化合物的浓度为155g/L。
本发明实施例还提供一种从二类超晶格外延薄膜层上去除锑化镓衬底的方法，包括：
制备腐蚀液；
将带有锑化镓衬底的二类超晶格外延薄膜层放入腐蚀液中持续预设时间；
用无水乙醇清洗二类超晶格外延薄膜层。
采用本发明实施例，可以避免现有技术中在去除锑化镓的过程中造成二类超晶格外延薄膜层被腐蚀去除的情况，实现了二类超晶格外延薄膜层的表面无损伤，成功地还原了二类超晶格外延薄膜层的表面状态。
进一步地，制备腐蚀液具体包括：
在主料中添加缓冲剂；
在主料中添加添加剂；
其中，主料至少包括以下之一：氢氟酸、磷酸，缓冲剂至少包括以下之一：柠檬酸、乳酸、酒石酸，添加剂包括含有高锰酸根离子的化合物、含有重铬酸根离子的化合物、或含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物。
采用本发明实施例，通过选择对锑化镓腐蚀能力较小的主料，并配以缓冲剂和添加剂，用于去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底，可以避免现有技术中在去除锑化镓的过程中造成二类超晶格外延薄膜层被腐蚀去除的情况，实现了二类超晶格外延薄膜层的表面无损伤，成功地还原了二类超晶格外延薄膜层的表面状态。
下面通过几个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的从二类超晶格外延薄膜层上去除锑化镓衬底的方法。其中，二类超晶格外延薄膜层是通过分子束外延(MBE)工艺方法获的。另外，值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
实施例一
将设有锑化镓衬底的二类超晶格外延薄膜层放入到腐蚀液中腐蚀365s，然后用无水乙醇清洗。厚度为16微米的锑化镓衬底可以完全去除，二类超晶格外延薄膜层表面光洁。
在该实施例中，腐蚀液的温度为22℃，腐蚀液包括：原料、缓冲剂和添加剂，其中，原料包括氢氟酸，缓冲剂包括柠檬酸，添加剂包括高锰酸钾化合物，氢氟酸的浓度为90g/L，高锰酸钾化合物的浓度为75g/L，柠檬酸的浓度为 7g/L。
实施例二
将设有锑化镓衬底的二类超晶格外延薄膜层放入到腐蚀液中腐蚀385s，然后用无水乙醇清洗。厚度为17微米的锑化镓衬底可以完全去除，二类超晶格外延薄膜层表面光洁。
在该实施例中，腐蚀液的温度为25℃，腐蚀液包括：原料、缓冲剂和添加剂，其中，原料包括氢氟酸，缓冲剂包括柠檬酸，添加剂包括高锰酸钾化合物，氢氟酸的浓度为90g/L，高锰酸钾化合物的浓度为75g/L，柠檬酸的浓度为 7g/L。
实施例三
将设有锑化镓衬底的二类超晶格外延薄膜层放入到腐蚀液中腐蚀380s，然后用无水乙醇清洗。厚度为20微米的锑化镓衬底可以完全去除，二类超晶格外延薄膜层表面光洁。
在该实施例中，腐蚀液的温度为25℃，腐蚀液包括：原料、缓冲剂和添加剂，其中，原料包括氢氟酸，缓冲剂包括柠檬酸，添加剂包括重铬酸钾化合物，氢氟酸的浓度为90g/L，且重铬酸钾化合物的浓度为145g/L，柠檬酸的浓度为 7g/L。
实施例四
将设有锑化镓衬底的二类超晶格外延薄膜层放入到腐蚀液中腐蚀365s，然后用无水乙醇清洗。厚度为16微米的锑化镓衬底可以完全去除，二类超晶格外延薄膜层表面光洁。
在该实施例中，腐蚀液的温度为22℃，腐蚀液包括：原料、缓冲剂和添加剂，其中，原料包括氢氟酸，缓冲剂包括柠檬酸，添加剂包括重铬酸钾化合物，氢氟酸的浓度为100g/L，重铬酸钾化合物的浓度为155g/L，柠檬酸的浓度为 7g/L。
实施例五
将设有锑化镓衬底的二类超晶格外延薄膜层放入到腐蚀液中腐蚀370s，然后用无水乙醇清洗。厚度为18微米的锑化镓衬底可以完全去除，二类超晶格外延薄膜层表面光洁。
在该实施例中，腐蚀液的温度为22℃，腐蚀液包括：原料、缓冲剂和添加剂，其中，原料包括氢氟酸，缓冲剂包括柠檬酸，添加剂包括高锰酸钾化合物和重铬酸钾化合物，且氢氟酸的浓度为85g/L，高锰酸钾化合物的浓度为70g/L，重铬酸钾化合物的浓度为155g/L，柠檬酸的浓度为7g/L。
采用本发明实施例，可以简化去除衬底的工艺，提高效率，实现了二类超晶格外延薄膜层的表面无损伤，成功地还原了二类超晶格外延薄膜层的表面状态。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种腐蚀液，其特征在于，用于去除二类超晶格外延薄膜层上的锑化镓衬底，所述腐蚀液包括：
原料，至少包括以下之一：氢氟酸、磷酸；
缓冲剂，至少包括以下之一：柠檬酸、乳酸、酒石酸；
添加剂，包括含有高锰酸根离子的化合物、含有重铬酸根离子的化合物、或含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物。
2.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，所述含有高锰酸根离子的化合物包括：高锰酸钾或高锰酸。
3.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，所述含有重铬酸根离子的化合物包括：重铬酸钾或重铬酸。
4.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，所述含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物包括：高锰酸钾与重铬酸钾的混合物、高锰酸钾与重铬酸的混合物、高锰酸与重铬酸钾的混合物、或高锰酸与重铬酸的混合物。
5.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，每升所述腐蚀液中含有所述原料的量为50克至110克，每升所述腐蚀液中含有所述缓冲剂的量为2克至20克。
6.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，当所述添加剂为含有高锰酸根离子的化合物时，每升所述腐蚀液中含有所述添加剂的量为30克至80克。
7.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，当所述添加剂为含有重铬酸根离子的化合物时，每升所述腐蚀液中含有所述添加剂的量为75克至120克。
8.如权利要求1所述的腐蚀液，其特征在于，当所述添加剂为含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物时，每升所述腐蚀液中含有所述添加剂的量为105克至200克，其中，所述混合物中锰酸根离子与重铬酸根离子的比例为1：0.54。
9.一种从二类超晶格外延薄膜层上去除锑化镓衬底的方法，其特征在于，包括：
制备腐蚀液；
将带有锑化镓衬底的二类超晶格外延薄膜层放入所述腐蚀液中持续预设时间；
用无水乙醇清洗二类超晶格外延薄膜层。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制备腐蚀液具体包括：
在主料中添加缓冲剂；
在主料中添加添加剂；
其中，所述主料至少包括以下之一：氢氟酸、磷酸，所述缓冲剂至少包括以下之一：柠檬酸、乳酸、酒石酸，所述添加剂包括含有高锰酸根离子的化合物、含有重铬酸根离子的化合物、或含有锰酸根离子与重铬酸根离子的混合物。
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