CN115608694A - 激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法 - Google Patents

Abstract

激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，涉及一种激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，属于半导体加工技术领域。本发明的方法包括先用碱性溶液清洗再用酸性溶液清洗，从而减小晶片表面的氧化砷和氧化镓的比值。本发明的方法可以改善晶片表面的清洁度、微观粗糙度、均匀性、氧化层厚度及晶片表面氧化砷和氧化镓的比例。

Description

激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种化合物半导体晶片的清洗方法，尤其是针对激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法。

背景技术

砷化镓是一种重要的半导体材料，属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。由于其独特的电学性能，在卫星通讯、微波器件、激光器件和发光二极管等领域有十分广泛的应用。砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料，用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用，用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，随着半导体器件制作工艺的不断完善，器件尺寸越来越小，利用效率越来越高，半导体衬底的质量尤其是晶片表面的质量对器件的可靠性和稳定性的影响也越来越大。

清洗是晶片加工过程中最后一道工序，也是获得高质量表面的关键，其目的是要去除前道工序的各种残留物质，获得新鲜洁净的表面，为后续的生产提供基础。没有高质量的衬底表面，会影响外延的结果，最终影响到器件的性能。

砷化镓表面清洗中除了有对同类半导体，如硅、锗等的清洗要求，既有效地去除表面有机和无机的污染物，又不能造成表面的粗糙外，还有一个很重要的要求，那就是不破坏砷化镓的理想化学配比。配比失调会形成大量的导致费米能级钉扎的缺陷，严重影响器件性能。此外，不同的清洗方法会造成表面化学配比不同，引起生长外延层时对于退火要求的不同，导致生长质量的不稳定。

砷化镓晶片表面由Ga和As原子组成，由于砷和镓的化学性质不同，以及晶片偏角度不同，导致表面Ga和As原子的数量不同。对于大偏角的晶片，表面形成富镓的状态即表面的镓原子多于砷原子。这种情况下，15°的晶片依然采用现有的清洗方法，碱性清洗液，即氨水、双氧水和去离子水溶液对晶片进行清洗，并不会对镓和砷原子的去除效率形成太大差异，清洗完成以后的晶片表面依然是富镓状态，富镓状态晶片在后续的外延工序中就会使表面产生一些空位，从而导致外延失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，改善晶片表面的清洁度、微观粗糙度、均匀性、氧化层厚度及晶片表面氧化砷和氧化镓的比例。

激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1，用氢氧化钾、丙酮或酒精任选其一或其二或其三，依次分别清洗晶片；并用去离子水冲洗晶片；

步骤2，用氨水、去离子水和双氧水混合溶液清洗晶片；混合溶液温度5-10℃，按体积，NH₃占5-15%，H₂O₂占15-25％；并用去离子水冲洗晶片；

步骤3，用盐酸、去离子水和双氧水混合溶液清洗晶片；混合溶液温度5-10℃，按体积，HCl占15-30％和H₂O₂占1-10％；并用去离子水冲洗晶片；

步骤1-3，在环境温度15-25℃下进行。

所述晶片清洗完成，将清洗后的晶片甩干并干燥，干燥选择在空气或惰性气体或真空中进行干燥。

所述的去离子水冲洗晶片，去离子水电阻率为18.25兆欧·厘米，温度为14±2℃；清洗时间为1-5分钟，优选为3分钟。

所述的步骤1、步骤2和步骤3中，去离子水冲洗外的清洗过程采用兆声波，兆声波的波长范围为700-900KHz，优选为700-800KHz。兆声波作用的时间可以与用稀释氨水、双氧水和水体系处理晶片的时间相同，也可以长于或短于用稀释氨水、双氧水和水体系处理晶片的时间。使用兆声波技术，进一步提高外来颗粒的去除能力，达到使晶片表面均匀洁净的目的。

所述氢氧化钾、丙酮或酒精清洗晶片的时间为2-10分钟，优选为3-6分钟。选择丙酮或酒精清洗晶片，首先去除覆盖在表面上的一层疏水性的有机物残渣，因为它对清除原子型和离子型杂质有阻碍作用。因此可以用能溶解油类杂质和有机物残渣的化学试剂丙酮或酒精来去除。

所述氨水含量，优选为8-13％，双氧水含量优选为17-22％；氨水、去离子水和双氧水混合溶液清洗清洗时间为15-40秒，优选为15-30秒。

用氨水、去离子水和双氧水溶液在低温下处理晶片过程中，通过选择氨水和双氧水的配比，有利地降低了对晶片表面的腐蚀速度。氨水中加入双氧水后具有很强的溶解能力，能使很难溶的五氧化二砷氧化成可溶性的砷酸盐。另外，使用低温可进一步减少溶液对表面的腐蚀，改善晶片表面的微观粗糙度。

所述的盐酸的含量，优选为20-25％，双氧水含量优选为4-8％；盐酸、去离子水和双氧水混合溶液清洗时间为15-40秒，优选为15-30秒。

基于砷化镓表面氧化物可以溶于酸或碱溶液的特性，应用稀酸或稀碱溶液溶解掉之前生成的氧化层，可以露出新鲜的砷化镓表面。

本发明的溶剂，丙酮、酒精、氨水、双氧水、盐酸含量按纯物质计算。

本发明的方法适合清洗砷化镓半导体晶片，尤其适用于一种激光器用砷化镓特殊偏角度晶片的清洗方法。本发明的方法可以改善晶片表面的清洁度、微观粗糙度、均匀性、氧化层厚度及晶片表面氧化砷和氧化镓的比例。

附图说明

图1为三个样品的As 3d XPS图谱图；

图2为三个样品的Ga 3d XPS图谱。

具体实施方式

实施例1：

将粗抛和精抛后的150mm（6英寸）GaAs晶片，15°偏角，厚度为675μm，用强光灯检查晶片表面，有可见颗粒；用CS20检查，大于0.3微米颗粒数大于1000颗；用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度Ra＝0.25-0. 35nm。

对上述晶片，采用以下的清洗方法，包括以下步骤：

步骤1，将一片晶片用晶片夹夹住，丙酮和酒精兆声波依次各清洗5分，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面2分钟。

步骤2，将步骤1去离子水冲洗后的晶片，在6℃的氨水、去离子水和双氧水混合液兆声波清洗30S，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面2分钟，其中，混合溶液中，按体积，NH₃占10%，H₂O₂占18％。

步骤3，将步骤2去离子水冲洗后的晶片，在6℃的盐酸、去离子水和双氧水混合液兆声波清洗30S，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面3分钟，其中，混合溶液中，按体积，HCl占20％和H₂O₂占6％。

步骤4，将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中甩干，甩干时间一般为120S。

本实施例中去离子水电阻率为18.25兆欧·厘米，温度为14±2℃。

本实施例中兆声波发生器功率780KHz。

在本实施例中，所述的丙酮、酒精、氨水、双氧水、盐酸含量按纯物质计算。

本实施例中，环境温度为20℃。

干燥后的晶片用强光灯、CS20、原子力显微镜检查表面。

用强光灯检查晶片表面，证实无可见颗粒，无白雾、表面均匀。用CS20检查，大于0.3微米颗粒数为50颗。用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度Ra＝0.2-0.3nm。

清洗后的晶片采用XPS进行测试分析，如图1所示为GaAs掺硅15°，包括常规清洗15°、增加酸性溶液清洗Ⅱ15°，以及2°偏角晶片的As 3d和Ga 3d的XPS图谱，从图中可以看出增加酸性清洗液后晶片的Ga₂O₃和As₂O₃的信号强度与2°样品的差异减小。从表1中可以看出Ga₂O₃和As₂O₃的比值已经减小，说明晶片表面的氧化镓含量已经减少。从其氧化物占比的数据来看，经过该发明的清洗工艺清洗以后的晶片表面的氧化层厚度也增加，能够很好的保护晶片的表面，同时也不会增加外延时的脱氧温度，氧化层厚度的形成与步骤3中的双氧水含量有较大的关系。氧化层起到一个钝化表面，保护晶片的作用，外延时有一个高温的阶段，就是去除其晶片表面的氧化层，氧化层太厚去除会困难，太薄对晶片的保护效果又会不好。

表1

样品	Ga(As)%	Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>%	As(Ga) %	As%	As<sub>2</sub>O<sub>3</sub>%	Ga/As	Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/As<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	氧化物占比%
									15°	37.79	5.54	46.68	3.40	6.59	0.81	0.84	12.13
Ⅱ15°	35.87	4.34	46.02	4.47	9.31	0.78	0.47	13.65
									2°	33.55	9.39	37.61	2.90	16.54	0.89	0.57	25.93

本实施例中，晶片质量检测设备光强大于25万Lux的Yamada强光灯，晶片表面分析仪为美国KLA-TENCOR公司CS20型，原子力显微镜(AFM)的横向分辨率：0.2nm，纵向分辨率0.01nm，分析区域5μm×5μm。

实施例2：

经粗抛光和精抛光后的100mm（4英寸）GaAs晶片，15°偏角，厚度为625μm；用强光灯检查晶片表面，有可见颗粒；用CS20检查，大于0.3微米颗粒数大于1000颗；用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度Ra＝0.25-0.3nm。

对上述晶片，采用以下的清洗方法，包括以下步骤：

步骤1，将一片晶片用晶片夹夹住，丙酮和酒精兆声波依次各清洗5分，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面2分钟。

步骤2，将步骤1去离子水冲洗后的晶片，在6℃的氨水、去离子水和双氧水混合液兆声波清洗30S，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面2分钟，其中，混合溶液中，按体积，NH₃占13%，H₂O₂占22％。

步骤3，将步骤2去离子水冲洗后的晶片，在6℃的盐酸、去离子水和双氧水混合液兆声波清洗30S，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面3分钟，其中，混合溶液中，按体积，HCl占25％和H₂O₂占6％。

步骤4，将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中甩干，甩干时间一般为120S。

本实施例中去离子水电阻率为18.25兆欧·厘米，温度为14±2℃。

本实施例中兆声波发生器功率800KHz。

在本实施例中，所述的丙酮、酒精、氨水、双氧水、盐酸含量按纯物质计算。

干燥后的晶片用强光灯、CS20、原子力显微镜检查表面。

用强光灯检查晶片表面，证实无可见颗粒，无白雾、表面均匀。用CS20检查，大于0.3微米颗粒数为40颗以内。用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度Ra＝0.2-0.3nm。

实施例3：

经粗抛光和精抛光后的76mm（3英寸）GaAs晶片，厚度为625μm；用强光灯检查晶片表面，有可见颗粒。用CS20检查，大于0.3微米颗粒数大于1000颗；用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度Ra＝0.25-0.30nm；

对上述晶片，采用以下的清洗方法，包括以下步骤：

步骤1，将整盒晶片用卡塞装着，浸入氢氧化钾溶液中5分钟；之后将晶片放入冲洗槽中，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面2分钟。

步骤2，将步骤1去离子水冲洗后的晶片，在6℃的氨水、去离子水和双氧水混合液中清洗30S，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面2分钟，其中，混合溶液中，按体积，NH₃占12%，H₂O₂占20％。

步骤3，将步骤2去离子水冲洗后的晶片，在6℃的盐酸、去离子水和双氧水混合液中清洗30S，然后用去离子水快排喷淋的方式冲洗晶片表面3分钟，其中，混合溶液中，按体积，HCl占22％和H₂O₂占5％。

步骤4，将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中甩干，甩干时间一般为120S。

本实施例中去离子水电阻率为18.25兆欧·厘米，温度为14±2℃。

在本实施例中，所述的氢氧化钾、酒精、氨水、双氧水、盐酸含量按纯物质计算。

干燥后的晶片用强光灯、CS20、原子力显微镜检查表面。

用强光灯检查晶片表面，证实无可见颗粒，无白雾、表面均匀。用CS20检查，大于0.3微米颗粒数为40颗以内。用原子力显微镜检查，表面微观粗糙度Ra＝0.18-0.25nm。

Claims (6)

1.激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1，用氢氧化钾、丙酮或酒精任选其一或其二或其三，依次分别清洗晶片；并用去离子水冲洗晶片；

步骤2，用氨水、去离子水和双氧水混合溶液清洗晶片；混合溶液温度5-10℃，按体积，NH₃占5-15%，H₂O₂占15-25％；并用去离子水冲洗晶片；

步骤3，用盐酸、去离子水和双氧水混合溶液清洗晶片；混合溶液温度5-10℃，按体积，HCl占15-30％和H₂O₂占1-10％；并用去离子水冲洗晶片；

步骤1-3，在环境温度15-25℃下进行。

2.如权利要求1所述的激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，其特征在于所述氨水含量为8-13％，双氧水含量为17-22％；氨水、去离子水和双氧水混合溶液清洗清洗时间为15-40秒。

3.如权利要求1所述的激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，其特征在于所述的盐酸的含量为20-25％，双氧水含量为4-8％；盐酸、去离子水和双氧水混合溶液清洗时间为15-40秒。

4.如权利要求1所述的激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，其特征在于所述的去离子水冲洗晶片，去离子水电阻率为18.25兆欧·厘米，温度为14±2℃；清洗时间为1-5分钟。

5.如权利要求1所述的激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，其特征在于所述的步骤1、步骤2和步骤3中，去离子水冲洗外的清洗过程采用兆声波，兆声波的波长范围为700-900KHz。

6.如权利要求1所述的激光器用砷化镓偏角度为15°晶片的清洗方法，其特征在于所述晶片清洗完成，将清洗后的晶片甩干并干燥，干燥选择在空气或惰性气体或真空中进行干燥。

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