專利名稱：化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體晶片(compound semiconductor wafer)的制備方法，特別是具有鏡面效果的拋光晶片(polishing sliced wafer)的制備方法和拋光后晶片存放的新方法。所述“化合物半導(dǎo)體”指的是有如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)或磷化鎵(GaP)化合物的半導(dǎo)體。由多晶原材料，單晶通過晶體生長技術(shù)例如立式船(Vertical Boat，VB)方法、液體膠囊提拉法(Liquid-Encapsulated Czochralski，LEC)或水平布里奇法(Horizontal Bridgman，HB)來生長。單晶錠(single-crystal ingot)被切成薄片來制備“切成(as-cut)”晶片。這些產(chǎn)品通過如下程序制備完成預(yù)加工、拋光、清洗、檢驗/測量和最后的清洗程序，然后作為“鏡面晶片”運輸至設(shè)備制造商。
背景技術(shù)：
一種化合物半導(dǎo)體晶片制備方法如下使用單晶生長設(shè)備如LEC設(shè)備、HB設(shè)備或VB設(shè)備，由多晶原材料來生長圓柱形的單晶錠。不能生長成圓柱形的單晶錠被研磨成圓筒狀。圓筒狀的單晶錠沿一個垂直于它的軸的平面切片，使其成為具有恒定厚度的切成晶片。然后沿著晶片的圓周方向傾斜地刮削(shave)晶片的棱(ridgeline)。這稱為倒角(chamfering)或斜面(beveling)。所得的晶片通過蝕刻-研磨(lapping)-蝕刻程序來處理。最初的蝕刻程序除去加工變形，接著的拋光程序使晶片達(dá)到預(yù)定厚度，最后的蝕刻程序是去除拋光帶來的變形。最初的蝕刻程序可以省略。這樣就可以制備出一種恒定厚度的具有斜面的晶片。上述程序在此被稱為拋光預(yù)加工操作。
接下來，進(jìn)行許多操作使切成晶片成為鏡面晶片。根據(jù)傳統(tǒng)方法的工藝流程在

圖1(左邊)和圖2中進(jìn)行了說明。在此幾個過程集中起來定義成程序，一個程序指的是一系列的多個過程。怎樣安排它們并不是固定的。在本發(fā)明中，根據(jù)發(fā)明者的喜好來分類。同樣地，過程分類本身因所要達(dá)到的目的和具體操作的的人的不同而不同。
更通常的是不將過程和程序分開來解釋。而且，雖然“過程(process)”經(jīng)常作為一個比“程序(procedure)”范圍更廣的概念來使用，但是在本說明書中不是這樣的。本發(fā)明中，為了方便解釋，作為一個較小種類的過程將區(qū)別于作為一個較大種類的程序。
在此，所述的程序指的是如圖1所示的五個程序拋光預(yù)加工程序(a)；拋光程序(b)；清洗程序(c)；檢驗/測量程序(d)；和最后的清洗程序(e)。單一的程序包括很多的過程。在詞的尾部的“過程(加工)”、“操作”、“程序”將作為后綴存在或者不附加詞尾。程序和過程不應(yīng)被混淆。
(a)拋光預(yù)加工程序(拋光的準(zhǔn)備程序)A.研磨-磨平切成晶片的任一個表面使之達(dá)到預(yù)定的厚度。有時，在這個程序之前可以用蝕刻來去除切片程序造成的變形。在此，最初的蝕刻過程可以省略。然后傾斜晶片以刮削晶片的棱，使其在對角上為平滑的。
B.蝕刻-去除研磨導(dǎo)致的加工變形(b)拋光程序(使用拋光設(shè)備拋光晶片的程序)C.在未拋光的表面上涂覆糊劑(paste)-將晶片的背面加熱并且將流動的蠟在其上鋪展開來，然后與拋光盤(polishing plate)粘貼。這是因為沒有蠟晶片不會粘貼至拋光板上。使用蠟污染了晶片，并且這種污染物不容易去除，這是一個問題。
D.粘貼至拋光盤-將涂上蠟的晶片的背面粘貼至拋光盤上。在附圖2中，四個晶片粘貼至一個拋光盤上。從外表上看，暴露在外部的表面是正面。所述的拋光盤是一個夾具(jig)，是一個上面安裝有軸的園盤。根據(jù)尺寸的不同，有些適用于單個晶片，有些適用于多個晶片。溫度降低時，蠟固化，晶片緊緊的固定在拋光盤上。
E.鏡面拋光-將拋光盤的拋光面置于一個寬大的壓盤(platen)上，所述壓盤上貼合一塊拋光布，通過在軸上施加壓力，晶片緊緊壓在壓盤上。在加入一種拋光液體的同時，旋轉(zhuǎn)壓盤。在本發(fā)明中，舉例說明的是單個的拋光盤在單個的壓盤上的情況，但是多個拋光盤也可以置于拋光布上同時進(jìn)行拋光。這樣正面變得如鏡面般光滑和平坦。
F.干燥-如附圖2所示，粘貼在拋光盤上被拋光的晶片用凈化水(purified water)簡單清洗。接著在依然粘貼在拋光盤上時干燥。干燥在空氣中進(jìn)行(清潔室)，并且這項操作實際上會帶來許多問題。因為空氣中含有氧氣，所以正面會被氧化。由于周圍的空氣，所以正面發(fā)生改變。不說別的，空氣中的碎屑(顆粒)會自然地落下并粘結(jié)在晶片上。在半干的晶片正面上的污垢是不容易清除的。簡而言之，由于拋光后的干燥過程中，顆粒粘結(jié)在正表面上并且表面發(fā)生改變和氧化導(dǎo)致晶片變質(zhì)。
G.從拋光盤上剝離-晶片通過蠟牢牢地固定在拋光盤上。加熱拋光盤使蠟熔化，用刮刀將晶片從拋光盤上揭下。晶片的正表面變得精致并且象鏡面一樣，背面則留下蠟的痕跡。
H.大氣中存儲-如圖2所示，多個晶片收藏于一個儲存盒(cassette)中，并將儲存盒在大氣中存放。
前述的C.-H.是拋光程序。由此得到正面拋光如鏡面一般，背面粘結(jié)著蠟(有機(jī)化合物)的晶片。
(c)清洗程序(使用有機(jī)溶劑、堿(alkali)和凈化水來清洗粘貼在晶片背面的蠟和粘結(jié)在正面的顆粒)I.有機(jī)溶劑清洗-晶片在如丙酮或乙醇的有機(jī)溶劑中清洗。去除背面的蠟，同時也去除了在正表面上粘結(jié)的污垢。由于晶片上粘貼著蠟，所以這個程序是必不可少的。
J.堿洗-使用苛性鈉或類似物去除有機(jī)溶劑和正表面留下的氧化膜及污垢。
K.凈化水清洗-使用凈化水去除有機(jī)溶劑、堿和污垢。
L.有機(jī)溶劑蒸汽干燥-凈化水或其他清洗用液體全部經(jīng)快速氣化，晶片被干燥。
過程I.-L.為清洗程序。這個程序?qū)Ψ湃雰Υ婧兄械亩鄠€晶片逐步進(jìn)行。通過這個程序，晶片變成有著干凈正表面的鏡面晶片。
(d)檢驗/測量程序(根據(jù)裝運目標(biāo)的規(guī)格進(jìn)行檢驗/測量)M.正表面檢驗/計量-對晶片正表面進(jìn)行顯微鏡觀測和顆粒尺寸的計量。例如，可以計算直徑是設(shè)定值或更大值的顆粒的數(shù)量。這樣將制備出滿足裝運目標(biāo)(設(shè)備生產(chǎn)商)規(guī)格的鏡面晶片。通過上述測試的晶片按需要進(jìn)行最后的清洗和裝運。
(e)最后的清洗程序(已經(jīng)通過檢測的晶片最后的生產(chǎn)商端清洗)N.堿洗-用堿將粘結(jié)在晶片正表面的有機(jī)溶劑、有機(jī)物質(zhì)和其他污染物去除。
O.凈化水清洗-用凈化水將有機(jī)溶劑，堿和污垢去除。
P.有機(jī)溶劑蒸汽干燥-凈化水或其他清洗用液體全部經(jīng)快速氣化，晶片干燥。
通過上述方法制備得到鏡面晶片，運至設(shè)備制造商。但是設(shè)備制造商不能就這樣直接使用它們作為薄膜生長(thin-film growing)(層化)的基材。這是因為在包裝和直至到達(dá)設(shè)備制造商的過程中，它們被氧化、污染和被粘結(jié)的顆粒弄臟。因此，在用于薄膜生長之前，制造商不得不對晶片進(jìn)行蝕刻和清洗。
現(xiàn)有技術(shù)I.，日本公開專利申請H11-204471，“化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法，”在拋光半導(dǎo)體晶片之后和干燥、清洗之前使用臭氧進(jìn)行氧化。據(jù)說，1.5nm或更厚的氧化層是令人滿意的。精加工氧化層導(dǎo)致晶片的氧化層上產(chǎn)生碎屑。接著使用堿液清洗來去除氧化層和產(chǎn)生的碎屑。由于去除了氧化層也去除了其上產(chǎn)生的碎屑，這就意味著正表面變得干凈。
但是，當(dāng)用堿清洗厚的氧化層時，晶片的正表面會出現(xiàn)粗糙的現(xiàn)象，這樣就不再是一個鏡面晶片。而且，可能發(fā)生如下情況將被碎屑污染后晶片氧化，從而在碎屑下方的晶片將不會被氧化。由于未氧化的區(qū)域不能被堿液清洗，所以碎屑依然會存在。盡管一個化合物半導(dǎo)體晶片在空氣中會自然被氧化，但是氧化層較薄比較好。如果特意氧化，非常有趣的是可能會出現(xiàn)一種突發(fā)狀況，得不到預(yù)期的效果。
按照拋光預(yù)加工程序(a)到最后的清洗程序(e)，制備出干凈、如鏡面般的晶片的程序完成了。上述程序中存在如下問題。
1.在緊隨拋光程序的干燥程序F.中，顆粒粘結(jié)在晶片的正表面。當(dāng)用水濕潤后，外來雜質(zhì)不容易從晶片上去除。重復(fù)清洗可以將顆粒的數(shù)量降低到一個程度，但是不能完全清除。
2.在拋光后的干燥程序F.中，由于暴露于空氣中，晶片的正表面發(fā)生變化。
3.由于晶片用蠟粘貼在拋光盤上，因而會有有機(jī)物存留下來。當(dāng)薄膜施于其上時，基材正表面上殘留的有機(jī)物會產(chǎn)生負(fù)面影響。
4.為了除去殘留的蠟，使用有機(jī)溶劑來清洗晶片。但是使用有機(jī)溶劑來完全清除蠟是很困難的。即使是增加清洗液甚至是使用多步清洗過程，有機(jī)物也不能完全清除。
5.過度使用有機(jī)溶劑會污染工作環(huán)境。處理來自有機(jī)溶劑的液體廢物也是一個問題。
6.在設(shè)備制造商用來生長薄膜時，殘留在晶片正表面之后的有機(jī)物和外來雜質(zhì)導(dǎo)致不正常的生長。
7.由于存在不正常的生長，設(shè)備制造商(裝運目標(biāo))不得不進(jìn)行蝕刻和清洗。
發(fā)明詳述本發(fā)明的一個目的是克服上述缺點，提供一種晶片制備方法，通過該方法不會使得到的晶片被加入的有機(jī)物如蠟污染。本發(fā)明的另一個目的是提供一種晶片的制備方法，其中有機(jī)溶劑的使用量減少而有助于環(huán)境保護(hù)。本發(fā)明的又一個目的是提供一種晶片的制備方法，使得不會產(chǎn)生引起質(zhì)量惡化的因素，所述因素例如碎屑的粘結(jié)、氧化或者是改變，這是由于晶片拋光后在空氣中干燥所引起的。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種晶片制備方法，使制得的晶片的清潔程度提高，不需要裝運目標(biāo)(設(shè)備制造商)再次清洗。
本發(fā)明制備一種化合物半導(dǎo)體晶片的方法的特征在于不使用一種有機(jī)粘合材料，晶片被吸附在吸附墊(adsorption pad)上進(jìn)行鏡面拋光，鏡面拋光后的晶片存儲在含有超純凈水的桶(vat)中。水中存儲的晶片不需要用有機(jī)溶劑清洗，而用堿洗、凈化水清洗，然后經(jīng)過干燥即可制得干凈且鏡面拋光的晶片。
特別是，晶片被吸附在一個吸附墊上，絲毫不需要使用蠟或是其他有機(jī)粘合溶劑。這是一個特征。另一個特征是存儲在水中，不再需要拋光干燥-因為不在空氣中存放了，而是在水中存放。這兩個特征，每一個都有突出的效果。
由于晶片的背面沒有涂上蠟，因而不會被蠟污染。因此，不需要使用有機(jī)溶劑清洗。這對使得晶片正面不被污染是很有效的。一旦涂上蠟，即便用有機(jī)溶劑清洗，有機(jī)物質(zhì)/成分也不容易去除。在本發(fā)明中，開始就不使用有機(jī)物，因而不需要用有機(jī)溶劑來清洗，用堿和凈化水清洗就能使晶片足夠干凈。
另外，在水中存放也是具有劃時代意義的。前面提到拋光后干燥中導(dǎo)致外來雜質(zhì)質(zhì)粘結(jié)在晶片上且晶片的正表面發(fā)生變質(zhì)(alteration)，從而是有害的。在本發(fā)明中，由于不需要干燥的晶片存放在一個裝有凈化水的桶中，在干燥過程中晶片被污染的問題就不存在了。干燥中表面氧化/變質(zhì)和外來雜質(zhì)牢牢的粘結(jié)在晶片上這些問題也可能解決。本發(fā)明的存放方法真正不同尋常并且很突出。
在將晶片從拋光盤上移開時，也不需要克服加熱和將晶片敲下帶來的困難；通過噴水器冷卻而將晶片取片或用一個刮刀取下。使用吸附墊是本發(fā)明的一個要求。
吸附墊本身是公知的，用于發(fā)展不用蠟的晶片拋光。有時也被稱作“包裝墊”或“模板”。它們是將薄的塑料多孔片用例如膠帶粘結(jié)至一個例如拋光盤的金屬夾具上。它們是平坦的柔性材料。將晶片粘結(jié)在吸附墊上，不需要使用有機(jī)粘合物如蠟。
有許多種類的墊子，但某些墊子使得晶片用水潤濕后壓在墊子上。經(jīng)過拋光后，用一個刮刀將晶片分離?；蛘?，可以加熱墊子將晶片壓上去。拋光后冷卻，用一個刮刀將晶片移開。因為吸附墊相當(dāng)柔順，所以與晶片之間的結(jié)合比較輕。但是阻止晶片滑動的抓持力不如使用蠟的情況下大。因此，在拋光盤上形成了一個淺的晶片裝配洞，所述裝配洞的直徑與晶片的尺寸大致相同，吸附墊安裝在所述的晶片裝配洞中。假定吸附墊的厚度為d，洞的深度為t，晶片的厚度為w，則滿足d＜t＜d+w。裝配洞滿足晶片的圓周表面(d+w-t)超出洞的深度。因而，當(dāng)拋光盤壓在拋光壓盤上，壓盤旋轉(zhuǎn)時，拋光盤上的晶片開始拋光。
已經(jīng)描述了吸附墊。本發(fā)明使用一個吸附墊來制備不用蠟拋光的晶片。不用蠟拋光，盡管是一個新工藝(technology)，但是已經(jīng)公知，并且吸附墊本身也不是新的。但是，如圖1所示，使用傳統(tǒng)的吸附墊拋光，需要拋光后干燥和空氣中存放，這不可能克服碎屑粘在晶片上、表面被氧化和表面變質(zhì)這些缺陷。干燥后粘結(jié)在水潤濕晶片上的碎屑會成膠著狀，難以去除。當(dāng)設(shè)備建立在表面上時，其中的表面變化導(dǎo)致性能不一致。雖說表面氧化被堿處理去掉，但即便氧化膜可以被堿清洗掉，由于膜是厚的并且不均勻，所以還會出現(xiàn)鋸齒狀。
本發(fā)明是不用蠟而使用吸附墊拋光的晶片，并且晶片存放在水中，因而能顯著地阻止晶片被污染、氧化和變質(zhì)。因為晶片存放在水中，顆粒不會附著，表面不會被氧化，表面也不會變質(zhì)，這是因為使用了吸附墊的緣故。
如果采用使用蠟的普通拋光，在從吸收盤上取下時，蠟會附著在晶片上。而如果將晶片存放在水中，則凈化水將會被蠟污染。作為污染源的蠟會混合且分散在水中，晶片的表面最終會被污染。水中存放將會成為問題，因為會擴(kuò)大污染。因此，當(dāng)晶片是干凈的并且未污染時，在水中存放比較好。使用一個吸附墊拋光得到的晶片允許存放在水中，且表現(xiàn)出優(yōu)異的效果。
簡而言之，將使用蠟拋光制得的晶片在水中存放時毫無意義的。水中存放的有效性源于不用蠟拋光。
通過上述結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解來本發(fā)明的前述和其他的目的、特征、外觀和優(yōu)點。
附圖的簡要說明圖1是傳統(tǒng)方法制備化合物半導(dǎo)體晶片的一系列過程與本發(fā)明制備化合物半導(dǎo)體晶片方法的一系列過程對比的簡圖。
圖2是制備化合物半導(dǎo)體晶片的傳統(tǒng)方法的一系列過程的透視圖。
圖3是本發(fā)明制備化合物半導(dǎo)體晶片的方法的一系列過程的透視圖。
圖4是測量根據(jù)化合物半導(dǎo)體晶片的傳統(tǒng)制備方法和本發(fā)明的方法分別制備的60砷化鎵(GaAs)晶片上表面外來雜質(zhì)數(shù)的結(jié)果圖。水平坐標(biāo)是晶片樣品的數(shù)目，垂直坐標(biāo)是表面外來雜質(zhì)的相對百分比，其中傳統(tǒng)工藝的平均值被取為100％。相對值不是顆粒密度，而是整個晶片上的單個個體數(shù)。
圖5是傳統(tǒng)工藝和本發(fā)明工藝制備的60砷化鎵晶片表面顆粒數(shù)的相對值的平均數(shù)(把傳統(tǒng)工藝看作是100％)的簡圖。與傳統(tǒng)工藝制備的晶片上的顆粒數(shù)相比，用本發(fā)明制得的晶片顆粒數(shù)平均值減少了大約一半。
圖6是傳統(tǒng)工藝和本發(fā)明工藝制備的60砷化鎵晶片表面氧化層的平均厚度的簡圖。傳統(tǒng)工藝制備的晶片的氧化膜的平均厚度為1.0nm，而用本發(fā)明工藝制備的晶片的氧化膜的平均厚度為0.7nm。氧化膜的平均厚度減少了0.3nm。
圖7是在傳統(tǒng)工藝制備的單晶片上準(zhǔn)備P-N結(jié)合點并且在三個位置上測量的C-V特征的圖。橫坐標(biāo)是使用的電壓，縱坐標(biāo)是電容(依賴值)。顯然在三個位置的C-V特征是不一致的。
圖8是在本發(fā)明工藝制備的單晶片上準(zhǔn)備P-N結(jié)合點并且在三個位置上測量的C-V特征的圖。橫坐標(biāo)是使用的電壓，縱坐標(biāo)是電容(依賴值)。顯然在三個位置的C-V特征是一致的。
最佳實施方式本發(fā)明去除了由于粘貼在拋光盤上程序中使用有機(jī)化合物(蠟)而導(dǎo)致的最后的拋光程序(鏡面拋光)。代替地，晶片使用了吸附墊。不需要化學(xué)溶劑清洗。由于晶片存放在水中，不會發(fā)生表面劣化如顆粒附著、氧化和變質(zhì)?？梢缘玫奖砻娌槐晃廴镜木?。使用圖1和圖3，相對于現(xiàn)有技術(shù)，解釋了本發(fā)明晶片的制備方法。與傳統(tǒng)方法相同的程序使用了相同的標(biāo)記。
本發(fā)明程序(圖1和圖3)(a)拋光預(yù)加工程序(拋光的預(yù)備程序)A.研磨-將切成晶片的每個表面磨平至預(yù)定厚度。有時在此程序之前進(jìn)行蝕刻以去除切片程序?qū)е碌淖冃?。在本文中，開始的蝕刻程序被省略了。然后將晶片傾斜以刮削出棱。
B.蝕刻-去除研磨導(dǎo)致的變形。
(b)拋光程序(使用拋光裝置拋光晶片的程序)(C.不使用蠟)D’.釘(tack)在吸附墊上-不使用蠟，將晶片的背面壓并固定在一個吸附墊上，所述吸附墊粘結(jié)在拋光盤底部的凹口里，根據(jù)晶片的尺寸，凹口比晶片大0.2-0.8mm。所述的拋光盤上的“凹口”可能是這樣形成的，例如，將一個含有比晶片尺寸大0.2-0.8mm的洞的模板貼合在吸附墊上。吸附墊粘貼進(jìn)洞里，填滿它。洞的高度小于晶片的厚度。拋光盤上的凹口也可以通過研磨盤的底面形成。0.2-0.8mm是晶片在凹口內(nèi)的間隙。為了使晶片方便取出，這種余地還是需要的。由于晶片會滑動，凹口不能太大，這也是選擇這個范圍的原因。
圖3中一個晶片放在單個的拋光盤上。根據(jù)尺寸需要，一些拋光盤是單個晶片的，一些是多個晶片的。由適當(dāng)材料制備的具有光滑表面的吸附墊粘貼至拋光盤的背面，一個水潤濕或加熱的晶片壓在上面，將晶片吸附至吸附墊上。不需要使用蠟。是否晶片需有加熱或浸入水中，取決于吸附墊的性能。暴露在外面的表面是晶片的正面。拋光盤是一個夾具，是一個頂端安裝有軸的園盤。
E.鏡面拋光-將拋光盤的拋光面安裝在一個寬大的壓盤上，所述壓盤上粘合一個拋光布，通過在軸上施加壓力使晶片壓在拋光盤上。當(dāng)加入拋光液體時旋轉(zhuǎn)壓盤。在此，圖中列舉的是單個拋光盤在單個壓盤上的例子，但是多個拋光盤也能夠安裝在拋光布上同時拋光。這樣得到的正表面象鏡面一樣光滑和平坦。
(F.不需干燥)G’.從拋光盤上脫下-由于晶片僅僅通過水的作用粘結(jié)在多孔吸附墊上，在晶片上潑水或是冷卻后用刮刀輕易就將晶片與吸附墊分離。得到的晶片正表面象鏡面一樣，背面也沒有附著有機(jī)物，兩個表面都沒有被污染。
H’.水中存放-晶片存放在超凈化的水中而不是放在空氣中。如圖3所示的放入一個存儲器的多個晶片同時放入水中。本發(fā)明最驚人的進(jìn)步就在于此。
用傳統(tǒng)方法在空氣中干燥時，空氣中的灰塵和碎屑(稱為顆粒)會附著在晶片上。盡管干燥是在清潔室中進(jìn)行的，但是總是會有碎屑附著在晶片上，無論多么干凈。這些碎屑會粘貼在晶片上。當(dāng)碎屑粘貼在濕潤的晶片表面上，水滴干燥后，碎屑會牢牢地附著在晶片上，不容易被去除。
另外，晶片的表面會被空氣中的氧氣和微量化學(xué)物質(zhì)氧化和改變。因而在空氣中干燥和存放是有氧化、變質(zhì)和碎屑附著晶片的危險。本發(fā)明中，存放在超凈化水消除了氧化和變質(zhì)的危險。這是因為超凈化水中不存在氧氣和化學(xué)物質(zhì)，也并沒有可以附著的顆粒。作為一種存放方法，水中存放是沒有缺點的。這是一個完美的方法，消除了上述提到的氧化、變質(zhì)和碎屑附著在晶片上，本發(fā)明提供的這種方法非常的不同尋常并且具有劃時代的意義。而且，將拋光后的晶片浸入水中的同時完全去除了拋光液體，同時還進(jìn)行了清洗，污染可被進(jìn)一步降低。
可能會出現(xiàn)這樣的問題，即直到現(xiàn)在為什么水中存放不能管理。這可能是因為運輸不方便。拋光程序以后，因為晶片必須轉(zhuǎn)移至清洗程序，所以晶片必須插入一個存儲器中而運送。在目前的條件下，除非空氣不存在下，才能運送晶片。但是，通過水來運送水中存放的晶片是可能的，通過在水中工作的搬運者(conveyers)、在水中操作的臂以及浸入的臂的前端。本發(fā)明通過水運送晶片至隨后的清洗程序。盡管水中運輸機(jī)械必須是新的，但是因為一旦生產(chǎn)就會長期使用，所以成本的升高是暫時的。
前述程序D’.，E.，G’.，H’.是拋光程序，與傳統(tǒng)實例相比，不存在使用蠟的程序C.。因此，晶片不會被蠟弄臟，也不再需要去除蠟的勞動了?？諝飧稍锍绦騀.也可以省略。伴隨空氣干燥產(chǎn)生的問題碎屑附著、氧化和變質(zhì)在本發(fā)明中一點也不存在?？梢缘玫讲槐晃廴镜木?，其正表面鏡面拋光，背面沒有有機(jī)物附著。
(c)清洗程序(使用堿和凈化水清洗附著在晶片正面和背面的顆粒)(I.不需要有機(jī)溶劑清洗)J.堿洗-使用苛性鈉或類似物將正表面的氧化膜和污染物(顆粒)去除。
K.凈化水清洗-使用凈化水清洗堿液和污染物(顆粒)。
L.旋轉(zhuǎn)干燥-將晶片置于一個旋轉(zhuǎn)器上，通過高速轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)器使水在離心力的作用下飛出，晶片得到迅速干燥。由于是在離心力的作用下水份飛離，不會發(fā)生氧化和變質(zhì)，也沒有小顆粒附著在晶片上的危險。盡管在某種意義上是在空氣中干燥，但是因為干燥很迅速，所以氧化、變質(zhì)和碎屑積累的可能性可被消除。由于不會象現(xiàn)有技術(shù)那樣有有機(jī)物附著在晶片上，所以不需要有機(jī)溶劑蒸汽干燥。
程序J.-L’是清洗程序，與現(xiàn)有技術(shù)相比，沒有有機(jī)溶劑清洗I。這是本發(fā)明的優(yōu)點之一。由于不使用蠟，所以不需要用有機(jī)溶劑去除蠟。減少有機(jī)溶劑的用量對環(huán)境保護(hù)有利并且改善了工作環(huán)境。這個程序可以與多個晶片置于一個存儲器中同時進(jìn)行。該程序以后，晶片變成正面不被污染的鏡面拋光晶片。
(d)檢驗/測量程序(根據(jù)裝運目標(biāo)的規(guī)格檢驗/測量)M.正面檢驗/計量-顯微鏡觀察晶片正表面，計量顆粒密度。例如，計算直徑是一個固定值或更大的顆粒的數(shù)目?？梢灾苽涑龇涎b運目標(biāo)規(guī)格的鏡面晶片。經(jīng)過測試的晶片進(jìn)行最后的清洗和裝運。這個程序與現(xiàn)有技術(shù)相同。
(e)最后的清洗程序(經(jīng)過檢驗的晶片需進(jìn)行生產(chǎn)商的最后的清洗)N.堿洗-用堿液清洗有機(jī)物和其他附著在正表面的污染物。
O.凈化水清洗-用凈化水將堿液和污染物去除。
P’.旋轉(zhuǎn)干燥-晶片吸附在一個旋轉(zhuǎn)器上，通過高速旋轉(zhuǎn)去除水份來迅速干燥。
這個程序與現(xiàn)有技術(shù)相同。通過這種方法制備出鏡面晶片，并在那種狀態(tài)下裝運送至設(shè)備生產(chǎn)商。通過晶片制造者在這點上的努力，晶片的正表面比用傳統(tǒng)方法制備的更加干凈。在設(shè)備制造商處，晶片可能作為薄膜生長的基材使用。在薄膜生長前，設(shè)備制造商不需要對晶片進(jìn)行蝕刻和清洗，省略了繁瑣的現(xiàn)有技術(shù)中的程序。這個程序?qū)υO(shè)備制造商大為有利。
實施例用本發(fā)明的方法制備4英寸砷化鎵晶片和6英寸砷化鎵晶片。將砷化鎵錠切成園形，進(jìn)行蝕刻和研磨。將這些晶片吸附在一個拋光盤上的吸附墊上，壓在一個旋轉(zhuǎn)的壓盤上；當(dāng)拋光液體在上面流動時，旋轉(zhuǎn)壓盤，晶片被拋光。
拋光后的晶片從吸附墊上移開，簡單清洗不需干燥，將它們在超凈水水中存放。然后經(jīng)過堿洗、凈化水洗和旋轉(zhuǎn)干燥。根據(jù)裝運目標(biāo)的規(guī)格，進(jìn)行檢驗和測量。接著進(jìn)行堿洗、凈化水清洗和旋轉(zhuǎn)干燥。
由此制備出鏡面晶片。鏡面晶片在顯微鏡下測試。確定所得到的晶片是正面完全沒有有機(jī)物殘余、沒有污染的鏡面晶片，在象鏡面一樣的表面上沒有變質(zhì)和氧化膜以及附著的顆粒。
接下來，為了評估在設(shè)備制備商處的優(yōu)勢，在沒有污染的鏡面晶片上不用對薄膜生長進(jìn)行預(yù)處理，薄膜可以直接在晶片(基材)上生長。分析晶片和薄膜之間外來雜質(zhì)，確定在晶片的正面與薄膜之間不存在外來雜質(zhì)殘留。
為了對比，用傳統(tǒng)方法(圖1左側(cè)；圖2)制備砷化鎵晶片。不進(jìn)行傳統(tǒng)工藝中的薄膜生長前的預(yù)處理程序(蝕刻、清洗)，直接在基材上進(jìn)行薄膜生長。分析晶片和薄膜之間的外來雜質(zhì)，確定有外來雜質(zhì)殘留。
本發(fā)明通過一個拋光盤而不使用蠟對晶片進(jìn)行拋光，從拋光盤上取下的晶片不需要干燥在水中存放。因此省略了干燥程序，從而沒有正面氧化、正面變質(zhì)和碎屑附著的情況。由于不使用蠟，所以不存在有機(jī)物殘留。因而本發(fā)明能制備出高質(zhì)量、無污染的鏡面晶片。使得在設(shè)備生產(chǎn)商處(裝運目標(biāo))可以省略形成薄膜的預(yù)處理程序，如蝕刻和清洗。另外的優(yōu)點是不會發(fā)生薄膜在傳統(tǒng)方法中制備的晶片頂端時的不正常的生長。
正表面外來雜質(zhì)數(shù)量的對照(圖4和圖5)分析用本發(fā)明方法(■)制備的60砷化鎵晶片(經(jīng)過最后的清洗程序(e))的正表面外來雜質(zhì)數(shù)量(顆粒/晶片)和用傳統(tǒng)方法(？)制備的60砷化鎵晶片正表面外來雜質(zhì)的數(shù)量。晶片接著晶片(wafer-by-wafer)分析得到的結(jié)論是圖4中的線狀圖表(頻率多邊形)。橫坐標(biāo)是從1到60的晶片的數(shù)。橫坐標(biāo)是名義上的，因為此樣品數(shù)在頻率多邊形上，與橫坐標(biāo)沒有關(guān)系。縱坐標(biāo)是傳統(tǒng)方法制備的晶片正表面外來雜質(zhì)的相對值(用百分比表示；100％是現(xiàn)有技術(shù)的水平)，其中正表面外來雜質(zhì)的平均值為100。在用傳統(tǒng)方法制備的晶片正表面外來雜質(zhì)的平均值處繪制一條橫線。同樣，在用本發(fā)明方法制備的晶片正表面外來雜質(zhì)的平均值處繪制一條橫線。
用傳統(tǒng)方法制備的晶片上的外來雜質(zhì)更大。同樣，外來雜質(zhì)的波動也更大。8號顆粒數(shù)為222％，9號顆粒數(shù)為206％，7號顆粒數(shù)為203％，42號和37號的正表面外來雜質(zhì)是140％。相反的，49號和53號的顆粒數(shù)是41％。
用本發(fā)明方法制備的外來雜質(zhì)數(shù)(顆粒)是少量的，數(shù)量的變動也小。5、31、42、43、46和58號最小值是27％。39號的140％和54號的96％是發(fā)現(xiàn)的較大的雜質(zhì)量。而且，整個的外來雜質(zhì)含量小，波動也小。如圖5所示，本發(fā)明制備的晶片正表面外來雜質(zhì)的平均值是45％，這就意味著比傳統(tǒng)方法降低了大于45％。正表面外來雜質(zhì)的減少證明了本發(fā)明的優(yōu)越性。
正表面氧化膜厚度對照(圖6)對每個相同的60晶片樣品精確測量正表面氧化膜的厚度。如圖6所示，用傳統(tǒng)方法制備的晶片正表面氧化膜的厚度為1.0nm。用本發(fā)明方法制備的晶片正表面氧化膜的厚度為0.7nm，這就意味著氧化膜的厚度減少了0.3nm。這是在水中存放的效果。由于晶片在水中存放后，在空氣中取出干燥，所以正表面會如預(yù)計的那樣有輕微的氧化。
C-V特征對照(圖7和8)通過摻雜一個P型雜質(zhì)在N型砷化鎵晶片上，產(chǎn)生了P-N結(jié)合點，在單個晶片上選擇中心角度為120度的三個點，在三個點上的P-N結(jié)合點的逆偏壓來精確測量電容。用傳統(tǒng)方法制備的砷化鎵晶片的C-V特征如圖7所示，用本發(fā)明方法制備的砷化鎵晶片的C-V特征如圖8所示。橫坐標(biāo)表示逆偏壓(V)，縱坐標(biāo)表示電容(依賴值)。
用傳統(tǒng)方法的情況(圖7)，P-N結(jié)合點的三個點中每一個點變化不一致。C的電壓降低不均勻，在一個地方在兩個階段降低。降低也是不正常的小。即便是在一塊晶片上，位置的不同，C-V特征變化也是不一致的。這表明正表面存在外來雜質(zhì)，P-N結(jié)合點的厚度不一致。
用本發(fā)明方法的情況(圖8)，P-N結(jié)合點的三個點中任何一個C表現(xiàn)出一個突然的降低2.2V。盡管是在不同的地方測試這三個點，但是C-V特征表現(xiàn)出驚人的相似。這意味著沒有不均勻的性質(zhì)，這也是一個突出的優(yōu)點。
工業(yè)實用性(1)本發(fā)明中晶片吸附在吸附墊上無需使用蠟來拋光。晶片不需要去除蠟的程序。傳統(tǒng)方法中，為了去除蠟，晶片在一種有機(jī)溶劑中清洗，有機(jī)溶劑會有殘留。本發(fā)明的情況下，蠟及其類似的有機(jī)物從開始就沒有使用，因而晶片沒有被有機(jī)物弄臟。由于沒有有機(jī)物附著在晶片上，不需要去除有機(jī)物。
(2)因為從開始就沒有有機(jī)物污染，所以不需要用有機(jī)溶劑清洗。有機(jī)溶劑是有毒的，廢液會污染環(huán)境。由于減少了有機(jī)溶劑的使用，因而本發(fā)明對環(huán)保是有利的。
(3)由于拋光后的晶片不需干燥，在凈化水中存放，顆粒不會附著在正表面上，這使得表面不會被污染。
(4)由于拋光后的晶片不需干燥，在凈化水中存放，不會發(fā)生正表面氧化或變質(zhì)，這使得表面不受損害。
(5)正表面顆粒極少并且沒有氧化的事實意味著在設(shè)備制造商處，不需要進(jìn)行第二次蝕刻，堿洗和凈化水洗。
(6)正表面顆粒極少并且沒有氧化的事實意味著在晶片表面上生產(chǎn)的設(shè)備將會具有一致性和高質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法，特征在于所述化合物半導(dǎo)體晶片不使用有機(jī)物而是吸附固定在拋光盤上，而所述拋光盤結(jié)合有吸附墊，將晶片壓在拋光壓盤上進(jìn)行拋光，在從拋光盤上取下后，不需干燥在凈化水中進(jìn)行水中存放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法，特征在于清洗在水中存放的晶片的清洗程序中不包括有機(jī)溶劑清洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法，特征在于通過在吸附墊具有的光滑表面上滴水并將晶片壓在吸附墊上，而利用水的表面張力將晶片緊固在吸附墊上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法，特征在于拋光時，在吸附墊上安裝有模板，所述模板上具有比晶片直徑大0.2-0.8mm的洞，將晶片固定在模板的洞中的吸附墊的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法，特征在于水中存放的晶片清洗后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法，特征在于對薄膜生長，不需要進(jìn)行預(yù)處理。
全文摘要
化合物半導(dǎo)體晶片的制備方法，其中顆粒附著、正表面氧化和變質(zhì)是輕微的并且減少了有機(jī)溶劑的用量。吸附墊結(jié)合在拋光盤上，不需要使用蠟將晶片吸附在吸附墊上進(jìn)行拋光后，不用干燥而存放在凈化水中。由于在凈化水中存放，所以顆粒附著、正表面氧化和變質(zhì)變得輕微，從而可以得到高質(zhì)量的晶片。在緊接著水中存放的清洗程序中，可以省略有機(jī)溶劑清洗。這使得使用/浪費有毒有機(jī)溶劑的數(shù)量減少。
文檔編號H01L21/302GK1457507SQ02800537
公開日2003年11月19日 申請日期2002年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月6日
發(fā)明者岡本貴敏, 目崎義雄, 森本俊之 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社