CN112011832A - InSb晶片处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种InSb晶片的处理装置及方法。晶片处理装置用于提高待处理晶片的质量，处理装置包括：支架和容纳管，支架具有多个用于放置待处理晶片的放置槽，支架放置于容纳管的腔体内，腔体内具有用于放置待补偿元素物质的补偿区。根据本发明的InSb晶片处理装置，可以将多个待处理晶片放置于支架的多个放置槽内，将待补偿元素物质放置于补偿区，将承载有待处理晶片的支架放置于腔体内，通过对晶片处理装置进行加热，可以改善待处理晶片的化学计量比，而且，可以释放待处理晶片的残余应力，提高了晶格质量，并有利于优化待处理晶片的平整度，从而提高了待处理晶片的整体质量。

Description

InSb晶片处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及晶片制造技术领域，尤其涉及一种InSb晶片处理装置及方法。

背景技术

InSb晶片制备工艺主要包括晶体生长、切割、晶片研磨和晶片抛光。其中，晶体生长过程中，生长态晶体处在高温环境，晶体内部不可避免的会产生热应力，进而导致缺陷产生。这些缺陷不会因为后续的机械加工而得到消除，它们最终会遗传到晶片中，影响晶片的质量。

另外，晶体生长完成之后，还需要通过切割、研磨、抛光等工艺制成晶片，这些机械加工过程也会不可避免地引入加工应力及缺陷，降低晶片的整体质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提高晶片的整体质量，本发明提出了一种InSb晶片的处理装置及方法。

根据本发明实施例的InSb晶片处理装置，所述晶片处理装置用于提高待处理晶片的质量，所述处理装置包括：

支架，所述支架具有多个用于放置所述待处理晶片的放置槽；

容纳管，所述支架放置于所述容纳管的腔体内，所述腔体内具有用于放置待补偿元素物质的补偿区。

根据本发明实施例的InSb晶片处理装置，可以将多个待处理晶片放置于支架的多个放置槽内，将待补偿元素物质放置于补偿区，将承载有待处理晶片的支架放置于腔体内，通过对晶片处理装置进行加热，可以改善待处理晶片的化学计量比，而且，可以释放待处理晶片的残余应力，提高了晶格质量，并有利于优化待处理晶片的平整度，从而提高了待处理晶片的整体质量。

根据本发明的一些实施例，所述支架包括：

基板，所述基板为长方形片状板；

多片隔板，多片所述隔板沿所述基板的长度方向间隔设置，构成多个所述放置槽；

当所述待处理晶片放置于所述放置槽时，所述隔板支撑所述待处理晶片，以使所述待处理晶片倾斜固定于所述支架上。

在本发明的一些实施例中，所述隔板与所述基板之间的夹角范围为60°至90°。

根据本发明的一些实施例，所述腔体的内壁部分向内起形成格挡部，以限制所述补偿区内的所述待补偿元素物质的运动范围。

在本发明的一些实施例中，所述格挡部靠近所述容纳管的底部设置，所述格挡部为沿所述容纳管周向方向延伸的环形缩口。

根据本发明的一些实施例，所述容纳管具有用于密封所述腔体的密封塞。

在本发明的一些实施例中，所述容纳管和所述支架均为石英件。

根据本发明实施例的InSb晶片处理方法，所述方法采用上述所述的晶片处理装置对待处理晶片进行处理，以提高所述待处理晶片的质量，所述方法包括：

将多个待处理晶片依次放置于所述支架的放置槽；

将待补偿元素物质放置于所述补偿区，并将承载多个所述待处理晶片的支架放置于所述腔体内；

根据预设加热曲线对所述晶片处理装置进行加热处理；

取出加热处理后的待处理晶片。

根据本发明实施例的InSb晶片处理方法，可以将多个待处理晶片放置于支架的多个放置槽内，将待补偿元素物质放置于补偿区，将承载有待处理晶片的支架放置于腔体内，通过对晶片处理装置进行加热，可以改善待处理晶片的化学计量比，而且，可以释放待处理晶片的残余应力，提高了晶格质量，并有利于优化待处理晶片的平整度，从而提高了待处理晶片的整体质量。

根据本发明的一些实施例，在对所述晶片处理装置进行加热处理之前，所述方法还包括：

对所述晶片处理装置进行抽真空处理后密封。

在本发明的一些实施例中，在将所述待处理晶片放置于所述容纳槽之前，所述方法还包括：

对所述待处理晶片和所述晶片处理装置进行清洁处理。

附图说明

图1为根据本发明实施例的待处理InSb晶片的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的InSb晶片处理装置在第一视角下的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的InSb晶片处理装置在第二视角下的结构示意图。

附图标记：

处理装置100，

支架10，基板110，隔板120，放置槽T1；

容纳管20，格挡部210，密封塞220，腔体S1，补偿区S0；

待处理晶片300，待补偿元素物质400。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

根据本发明实施例的InSb晶片处理装置100，晶片处理装置100用于提高待处理晶片300的质量。需要说明的是，如图1所示，这里所述的待处理晶片300可以理解为经过晶体生长、切割、晶片研磨和晶片抛光处理后得到的待处理晶片300。

如图2和图3所示，处理装置100包括：支架10和容纳管20。

具体而言，如图2所示，支架10具有多个用于放置待处理晶片300的放置槽T1。由此，可以将多个待处理晶片300同时放置于放置槽T1内，以对多个待处理晶片300进行处理，提高了待处理晶片300的处理效率。

支架10放置于容纳管20的腔体S1内，腔体S1内具有用于放置待补偿元素物质400的补偿区S0。

需要说明的是，加工得到的待处理晶片300可能存在化学计量比偏离，不符合预设要求的缺陷，通过测量待处理晶片的化学计量比，可以将待处理晶片300缺少的待补偿元素物质400放置于腔体S1内的补偿区S0，并将承载有待处理晶片300的支架10放置于腔体S1内，随后对晶片处理装置100进行加热处理。

根据本发明实施例的InSb晶片处理装置100，可以将多个待处理晶片300放置于支架10的多个放置槽T1内，将待补偿元素物质400放置于补偿区S0，将承载有待处理晶片300的支架10放置于腔体S1内，通过对晶片处理装置100进行加热，可以改善待处理晶片300的化学计量比，而且，可以释放待处理晶片300的残余应力，提高了晶格质量，并有利于优化待处理晶片300的平整度，从而提高了待处理晶片300的整体质量。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，支架10包括：基板110和多片隔板120。

其中，基板110为长方形片状板。多片隔板120沿基板110的长度方向间隔设置，构成多个放置槽T1。当待处理晶片300放置于放置槽T1时，隔板120支撑待处理晶片300，以使待处理晶片300倾斜固定于支架10上。

需要说明的是，待处理晶片300需要倾斜放置于支架10上，一方面，待处理晶片300正面已经经过抛光处理，后续只能进行非接触式处理，以防止表面剐蹭、划伤；另一方面，倾斜放置可以增加单次处理晶片的数量，提高效率；并且能够降低承载有晶片的支架10的整体高度，便于将承载有晶片的支架10放置于容纳管20内，而且，可以减小容纳管20的直径尺寸。第三，倾斜放置的晶片，有利于吸收挥发处的待补偿元素物质400，提高了待处理晶片300的处理效果。

在本发明的一些实施例中，隔板120与基板110之间的夹角范围为60°至90°。由此，便于倾斜支撑待处理晶片300。如图2和图3所示，隔板120与基板110垂直设置。由此，便于支架10的加工制造，降低晶片处理装置100的生产成本。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，腔体S1的内壁部分向内起形成格挡部210，以限制补偿区S0内的待补偿元素物质400的运动范围。

需要说明的是，在对待处理晶片300进行处理时，需要加热晶片处理装置100，使补偿区S0内的待补偿元素物质400熔融为液态并进行挥发，通过设置格挡部210，可以避免液态的待补偿元素物质400流动到其他区域内，使其限制在补偿区S0内，以提高处理效果。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，格挡部210靠近容纳管20的底部设置，格挡部210为沿容纳管20周向方向延伸的环形缩口。也就是说，可以在靠近容纳管20底部的位置处设置环形缩口，以构造出格挡部210。由此，便于容纳管20的加工制造，从而可以降低容纳管20的生产成本。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，容纳管20具有用于密封腔体S1的密封塞220。需要说明的是，在对待处理晶片300进行处理时，需要将待处理晶片300置于密闭真空环境下，以避免待处理晶片300处理过程中因发生氧化而影响待处理晶片300的质量。在对待处理晶片300进行处理前，可以对容纳管20进行抽真空操作，并通过密封塞220密封腔体S1。

在本发明的一些实施例中，容纳管20和支架10均可以为石英件。可以理解的是，石英材质具有较低的成本，而且便于加工成型，且耐高温。容纳管20和支架10选择石英件，可以在保证符合性能的前提下，降低晶片处理装置100的加工成本。

根据本发明实施例的InSb晶片处理方法，方法采用上述所述的晶片处理装置100对待处理晶片300进行处理，以提高待处理晶片300的质量，方法包括：

S100，将多个待处理晶片依次放置于支架的放置槽；

S200，将待补偿元素物质放置于补偿区，并将承载多个待处理晶片的支架放置于腔体内；

S300，根据预设加热曲线对晶片处理装置进行加热处理；

S400，取出加热处理后的待处理晶片。

根据本发明实施例的InSb晶片处理方法，可以将多个待处理晶片300放置于支架10的多个放置槽T1内，将待补偿元素物质400放置于补偿区S0，将承载有待处理晶片300的支架10放置于腔体S1内，通过对晶片处理装置100进行加热，可以改善待处理晶片300的化学计量比，而且，可以释放待处理晶片300的残余应力，提高了晶格质量，并有利于优化待处理晶片300的平整度，从而提高了待处理晶片300的整体质量。

根据本发明的一些实施例，在对晶片处理装置100进行加热处理之前，方法还包括：对晶片处理装置100进行抽真空处理后密封。通过对晶片处理装置100进行抽真空密封操作，可以使待处理晶片300在处理过程中处于真空密封环境下，由此，可以避免待处理晶片300因发生氧化而影响待处理晶片300的整体质量。

在本发明的一些实施例中，在将待处理晶片300放置于容纳槽之前，方法还包括：对待处理晶片300和晶片处理装置100进行清洁处理。由此，可以避免待处理晶片300在处理过程中掺入杂质物质而影响待处理晶片300的整体质量。

下面参照附图以待处理晶片300为InSb晶片为例，详细描述根据本发明的晶片处理装置100及方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不是对本发明的具体限制。

InSb是一种禁带宽度极窄、电子有效质量极小和电子迁移率极高的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，由于其在3～5μm中波波段属于本征吸收，拥有近100％的量子效率，成为了制备中波红外探测器的关键材料。InSb红外探测器历经单元、多元、一维线列和二维面阵的迅速发展，有利促进了红外技术在天文观测、侦察监视、搜索跟踪、辅助驾驶、消防及安全生产等领域的应用。

随着科学技术及应用需求的不断发展，InSb红外探测器的像元数目不断增加、像元尺寸不断减小，集成度越来越高。为满足新一代百万像素、高集成度、高性能超大规格阵列红外焦平面探测器的应用，高质量InSb晶片成为了关键基础。InSb晶片制备工艺主要包括晶体生长、切割、晶片研磨和晶片抛光。

InSb熔点为525℃，晶体生长过程中，生长态的InSb晶体处在高温环境，晶体内部不可避免的会产生热应力，进而导致缺陷产生。这些缺陷不会因为后续的机械加工而得到消除，它们最终会遗传到晶片中，而低缺陷密度的InSb晶片是制备高性能红外焦平面探测器的前提基础。InSb晶体生长完成之后，还需要通过切割、研磨、抛光等工艺制成InSb晶片，这些机械加工过程也会不可避免地引入加工应力及缺陷，降低InSb晶片的整体质量。

其中，在最为关键的晶片抛光工序中，需要将晶片的背面用蜡粘接到专用的陶瓷盘上进行表面抛光，但是在陶瓷盘粘片中，晶片背面粘接蜡层厚度及分布不可能完全均匀一致，严重时晶片与陶瓷盘间还会存在微气泡，这会导致晶片翘曲、屈服受力。待晶片表面抛光完成后，抛光面是一个相对平整的表面，但当从陶瓷盘上卸载之后，原始的屈服力会使晶片向着相反的方向自由扩展，此时相对平整的抛光面就会发生翘曲，晶片整体平整度下降，影响后续器件性能。

现国内外减少材料固有缺陷的方法一般是聚焦于InSb晶体生长过程的优化控制，但是针对直接对晶片进行处理来提高其质量的研究鲜有报道。在本发明中，通过对特殊的晶片承载装置进行创新性设计，同时开发了相适应的晶片热处理配合方法，改善了晶片的化学计量比，释放了晶片内部的残余应力，提高了晶格质量，优化了晶片整片的平整度，最终提高了InSb晶片的整体质量。

如图2和图3所示，本发明采用一种特殊设计的晶片处理装置100，结合相适应的热处理配合方法，对InSb晶片进行相应处理。

首先，将单面抛光后的InSb晶片放入聚四氟乙烯花篮中，置于CMOS-Ⅱ级异丙醇试剂中浸泡、轻微晃动，对背面进行去蜡处理。待背面蜡层去除干净之后，使用去离子水对晶片进行超声清洗，以去除试剂、颗粒杂质残留，最后使用CMOS-Ⅱ级无水乙醇对晶片进行脱水处理，备用。之后，将支架10和容纳管20使用王水浸泡12～24h，然后用去离子水浸泡、喷淋清洗，以去除王水、颗粒杂质残留，之后用烘箱烘干，备用。

如图2所示，支架10为长条形的石英基板110上垂直设置多个立式隔板120，以放置待处理晶片300。容纳管20靠近底部的位置处设置缩口，形成自然的防滚动格挡部210，以防止后续元素补偿过程中高温熔融态的高纯补偿元素单质发生溢流。

根据InSb晶片的原始元素化学计量，将待补偿的高纯补偿元素单质Sb放入容纳管20中，之后倾斜容纳管20让其轻轻滑下，以越过防滚动格挡部210。将背面去蜡后的InSb晶片依次放置于支架10上，抛光面朝上。

利用石英推杆将支架10推入容纳管20中，使其处于中间位置。然后塞入配套设计的石英密封塞220，水平方向放置于排气台上，进行抽真空处理，要求真空度≤1╳10^-5Pa。待真空度达到要求后，采用氢氧焰喷枪在石英密封塞220处高温烧结封口，以维持高真空状态。

完成封口的容纳管20放入热处理炉中，按照设定的温度曲线进行高温热处理(高纯补偿元素单质区温度曲线：室温→8～12h升温到650～750℃→保温168～240h→8～12h降温到室温；晶片处理区温度曲线：室温→5～8h升温到350～450℃→以10～20℃的幅度、10℃/h～20℃/h的震荡速率进行高低温震荡→震荡168～240h→8～12h降温到室温)。

高温热处理完成后，取出容纳管20，采用激光划切后取出石英支架10，取出InSb晶片，处理完成的InSb晶片即可进行器件工艺，用以制备高性能大规格的红外焦平面探测器。

使用本发明进行InSb晶片处理的过程详述如下：

S1，将单面抛光后的InSb晶片进行背面去蜡处理；

S2，将支架和容纳管使用王水浸泡，然后用去离子水清洗，烘箱烘干；

S3，将高纯补偿元素单质放入容纳管中，然后倾斜容纳管让其轻轻滑下，以越过防滚动格挡部；

S4，将背面去蜡后的InSb晶片依次放置于支架的放置槽，抛光面朝上；

S5，利用石英推杆将支架推入容纳管中，使其处于中间位置；

S6，塞入石英密封塞，水平方向放置于排气台上，进行抽真空处理，要求真空度≤1╳10^-5Pa；

S7，真空度达到要求后，采用氢氧焰喷枪在石英密封塞处高温烧结封口，以维持高真空状态；

S8，完成封口的容纳管放入热处理炉中，按照设定的温度曲线，进行高温热处理；

S9，高温热处理完成后，取出容纳管，采用激光划切后取出支架，取出InSb晶片；

S10，处理完成的InSb晶片即可进行器件工艺，用以制备高性能大规格红外焦平面探测器。

应用本发明处理前后InSb晶片的化学计量比参数对比如下表所示(2英寸InSb晶片)：

应用本发明处理前后InSb晶片的高分辨率X射线双晶衍射半峰宽值对比如下表所示(2英寸InSb晶片)：

应用本发明处理前后InSb晶片的平整度参数对比如下表所示(2英寸InSb晶片)：

	处理前(μm)	处理后(μm)
			InSb晶片A	5.184	2.974
InSb晶片B	3.489	2.917
			InSb晶片C	3.388	2.371
InSb晶片D	4.343	2.153
			InSb晶片E	6.492	3.036
InSb晶片F	6.585	3.936
			InSb晶片G	7.803	4.994
InSb晶片H	4.991	3.481

综上所述，本发明提出的晶片处理装置100及方法具有如下有益效果：

采用特殊设计的晶片处理装置100及相应的热处理配合方法，优化了晶体生长态遗传的固有缺陷及晶片加工过程引入的加工缺陷，改善了InSb晶片的化学计量比，释放了晶片内部残余应力，InSb晶片的高分辨率X射线双晶衍射半峰宽值明显降低，晶格质量得到提升，优化了晶片整片的平整度，最终提高了InSb晶片的整体质量，为制备高性能大规格红外焦平面探测器奠定了材料基础。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种InSb晶片处理装置，其特征在于，所述晶片处理装置用于提高待处理晶片的质量，所述处理装置包括：

支架，所述支架具有多个用于放置所述待处理晶片的放置槽；

容纳管，所述支架放置于所述容纳管的腔体内，所述腔体内具有用于放置待补偿元素物质的补偿区。

2.根据权利要求1所述的InSb晶片处理装置，其特征在于，所述支架包括：

基板，所述基板为长方形片状板；

多片隔板，多片所述隔板沿所述基板的长度方向间隔设置，构成多个所述放置槽；

当所述待处理晶片放置于所述放置槽时，所述隔板支撑所述待处理晶片，以使所述待处理晶片倾斜固定于所述支架上。

3.根据权利要求2所述的InSb晶片处理装置，其特征在于，所述隔板与所述基板之间的夹角范围为60°至90°。

4.根据权利要求1所述的InSb晶片处理装置，其特征在于，所述腔体的内壁部分向内起形成格挡部，以限制所述补偿区内的所述待补偿元素物质的运动范围。

5.根据权利要求4所述的InSb晶片处理装置，其特征在于，所述格挡部靠近所述容纳管的底部设置，所述格挡部为沿所述容纳管周向方向延伸的环形缩口。

6.根据权利要求1所述的InSb晶片处理装置，其特征在于，所述容纳管具有用于密封所述腔体的密封塞。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的InSb晶片处理装置，其特征在于，所述容纳管和所述支架均为石英件。

8.一种InSb晶片处理方法，其特征在于，所述方法采用根据权利要求1-7中任一项所述的InSb晶片处理装置对待处理晶片进行处理，以提高所述待处理晶片的质量，所述方法包括：

将多个待处理晶片依次放置于所述支架的放置槽；

将待补偿元素物质放置于所述补偿区，并将承载多个所述待处理晶片的支架放置于所述腔体内；

根据预设加热曲线对所述晶片处理装置进行加热处理；

取出加热处理后的待处理晶片。

9.根据权利要求8所述的InSb晶片处理方法，其特征在于，在对所述晶片处理装置进行加热处理之前，所述方法还包括：

对所述晶片处理装置进行抽真空处理后密封。

10.根据权利要求8所述的InSb晶片处理方法，其特征在于，在将所述待处理晶片放置于所述容纳槽之前，所述方法还包括：

对所述待处理晶片和所述晶片处理装置进行清洁处理。

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