專利名稱：砷化鎵表面化學(xué)腐蝕方法和化學(xué)腐蝕液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)腐蝕處理III-V族化合物半導(dǎo)體材料砷化鎵晶片表面的方法，及該方法使用的化學(xué)腐蝕液。
背景技術(shù)：
砷化鎵(GaAs)是重要的III-V主族化合物半導(dǎo)體材料之一，砷化鎵單晶晶片目前已成為重要的制造光電子、微波器件的基礎(chǔ)材料，同時還大量應(yīng)用于制造超高速集成電路(1C)。集成電路技術(shù)的發(fā)展也對晶片材料提出了更高的要求，獲得良好表面質(zhì)量的GaAs襯底晶片材料，對GaAs襯底的外延生長至關(guān)重要。GaAs襯底晶片的加工過程一般包括切害I]、磨邊、研磨、拋光、清洗等加工工序，其中拋光、清洗的作用在于進一步提高晶片表面平整度、粗糙度和清潔度的質(zhì)量，以滿足后續(xù)外延生長的要求。GaAs晶片研磨后，可以進一步采用化學(xué)藥液對其腐蝕，以提高其表面的平整度和粗糙度。當(dāng)前實際使用或文獻中可見的技術(shù)如下鄭紅軍等探討了不同體系成分，溫度，腐蝕過程的吸放熱對晶片均勻性的影響，提出了用氨水系列進行GaAs研磨片的化學(xué)腐蝕，晶片厚度均勻性11. 47%，為下步工藝提供了平整度較好的晶片，(鄭紅軍，卜俊朋，尹玉華等，GaAs研磨片化學(xué)腐蝕均勻性的分析，功能材料與器件學(xué)報，2000，6 (4) :335)但該方法沒有提供具體的腐蝕液配比及腐蝕操作的工藝參數(shù)，可操作性不強。呂菲等(呂菲，趙權(quán)，于妍等，VB-GaAs晶片翹曲度的控制方法，工藝技術(shù)與材料，2008，11 1000)通過比較不同體積配比的堿性腐蝕液，選用了 40%左右的堿性腐蝕液，溫度控制在80°C以上，同時控制腐蝕時間和操作過程中的溫度變化，有效降低了砷化鎵研磨片的翹曲度，提高了加工的綜合成品率，但該方法操作時溫度不好控制，且容易增加碎片率。現(xiàn)有技術(shù)采用硫酸體系，以硫酸，雙氧水，水為基本成份配制而成的溶液作為腐蝕液，研磨后的晶片預(yù)清洗后放入腐蝕液中腐蝕，之后沖水并甩干現(xiàn)有技術(shù)由于晶片腐蝕的速率較慢，因此腐蝕過程耗時較長，效率偏低。而且，現(xiàn)有腐蝕工藝由于腐蝕過程較長，因此腐蝕藥液的前后溫度變化不易控制，也容易產(chǎn)生背侵、背花等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種腐蝕效率高，工藝控制性能好的砷化鎵晶片表面化學(xué)腐蝕方法。本發(fā)明同時提供一種化學(xué)腐蝕液。為實現(xiàn)上述目的，具體技術(shù)方案為一種對砷化鎵晶片進行化學(xué)腐蝕的方法，包括以下步驟I)將砷化鎵晶片使用金屬清洗劑浸洗；
2)在氨水中浸洗；3)將砷化鎵晶片放入化學(xué)腐蝕液中，在10 40°C的溫度下腐蝕晶片表面；4)以去離子水沖洗晶片表面；5)干燥晶片。其中，所述步驟I)的金屬清洗劑為堿性金屬清洗劑水溶液，其質(zhì)量濃度為10 50%，浸洗的時間為20 30分鐘，浸洗的溫度為60 70°C。其中，所述步驟2)使用質(zhì)量濃度為5 20%的氨水溶液，浸泡時間5 10分鐘后，使用去離子水沖洗。其中，所述步驟3)的腐蝕溫度為25 35°C ;腐蝕時間為3秒至I分鐘。其中，所述步驟3)的整個過程中所述化學(xué)腐蝕液相對于砷化鎵晶片表面流動；所述步驟3)之后以去離子水沖洗晶片表面。其中，所述步驟4)使用去離子水溢流漂洗與快排沖水(QDR)相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面，沖洗時間為10秒至5分鐘。其中，所述步驟4)之后再加以手動沖水的操作。其中，所述步驟5)的干燥，是在40 60°C溫度下干燥30 60秒。一種用于對砷化鎵晶片進行化學(xué)腐蝕的化學(xué)腐蝕液，由質(zhì)量含量3. 2 20%的氨水、8. 3 33. 0%的雙氧水和水組成。優(yōu)選地，所述的化學(xué)腐蝕液是由質(zhì)量含量10. 0 20. 0%的氨水、20 33. 0%的雙氧水和水組成。本發(fā)明具有如下有益效果I、本發(fā)明著重于對研磨后晶片的表面處理，所使用的腐蝕液腐蝕速率快,腐蝕效率高，因而可縮短工序用時，節(jié)約人力成本。2、通過調(diào)整腐蝕時間，腐蝕液溫度對晶片表面粗糙度進行合理控制，本發(fā)明可做到粗糙度范圍Ra = 0. 29 ii m 0. 5 y m ;同樣腐蝕條件下的現(xiàn)有技術(shù)Ra = 0. 48 y m I U m03、另外，本發(fā)明方法處理后的研磨晶片獲得了良好的表面質(zhì)量，可直接進行后續(xù)的晶片外延生長，在一定程度上省掉了一般加工流程中還需要進行的拋光和清洗工藝，節(jié)省了巨大的設(shè)備投資費用，也節(jié)約了能源和水資源的消耗。
具體實施例方式以下實施例進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。 實施例中，粗糙度測試使用粗糙度測試儀(SURFCOM 480A,長度4mm，speed0. 6mm/sec);平整度測試使用平整度測試儀(美國CORNING TROPEL公司的Ultrasortl50型測試儀)。
實施例I6片厚度為260 270iim的2寸砷化鎵(GaAs)晶片經(jīng)研磨后放入晶片盒(Cassette),將裝有晶片的Cassette先于質(zhì)量濃度為20%的堿性金屬清洗劑(北京東洋化工有限公司生產(chǎn)，浮油性清洗劑)水溶液中在50°C下浸置30分鐘，再于15% (質(zhì)量比)氨水中常溫浸洗10分鐘，之后將Cassette浸入按質(zhì)量比例配制好的3. 2%氨水、8. 3%雙氧水、其余為水的溶液中，在保持藥液溫度15°C下?lián)u動10秒，之后立即將Cassette置入溢流沖洗槽(QDR tank)中，用去離子水溢流漂洗與快排沖水相結(jié)合的方式?jīng)_洗10秒，并加以手動沖水5秒，之后將晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(美國semitooiaOl型)中，用熱氮氣干燥，干燥溫度40 60°C，干燥時間30 60秒。使用粗糙度和平整度測試對6片 晶片測試的結(jié)果是a)腐蝕片于日光燈和顯微鏡下檢查，顯示晶片背面均勻一致，亮度正常。b)粗糙度測得6片晶片背面5點粗糙度Ra均值=O. 34 μ m, Rq均值=O. 43 μ m。c)平整度ffarp 均值3. 51 μ m, TTV 均值4. 19 μ m。實施例26片厚度為250 260μπι的2寸砷化鎵(GaAs)晶片經(jīng)研磨后放入晶片盒(Cassette),將裝有晶片的Cassette先于堿性金屬清洗劑(質(zhì)量濃度30 %)中于60°C浸置30分鐘，再于5%氨水中常溫浸洗10分鐘，之后將Cassette放入按質(zhì)量比配制好的10%氨水、20%雙氧水、其余為水的溶液中，在保持藥液溫度20°C下浸搖20秒,之后立即將Cassette置入溢流沖洗槽中，用去離子水溢流漂洗與快排沖水相結(jié)合的方式?jīng)_洗10秒，并加以手動沖水5秒，之后將晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機中，用熱氮氣干燥，干燥溫度40°C，干燥時間60秒。使用粗糙度和平整度測試對6片晶片測試的結(jié)果是a)腐蝕片于日光燈和顯微鏡下檢查，顯示晶片背面均勻一致，亮度正常。b)粗糙度測得6片晶片背面5點粗糙度Ra均值=O. 32 μ m, Rq均值=O. 41 μ m。c)平整度ffarp 均值3. 20 μ m, TTV 均值3. 97 μ m。實施例36片厚度為240 250μπι的2寸砷化鎵(GaAs)晶片經(jīng)研磨后放入晶片盒(Cassette),將裝有晶片的Cassette先于堿性金屬清洗劑(質(zhì)量濃度50% )中于70°C浸置30分鐘，再于20%的氨水中常溫浸洗10分鐘，之后將Cassette放入按質(zhì)量比配制好的15%氨水、30%雙氧水、其余為水的溶液中，在保持藥液溫度30°C下浸搖25秒,之后立即將Cassette置入溢流沖洗槽中，用去離子水溢流漂洗與快排沖水相結(jié)合的方式?jīng)_洗30秒，并加以手動沖水5秒，沖水后將晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機中，用熱氮氣干燥，干燥溫度50°C，干燥時間50秒。使用粗糙度和平整度測試對6片晶片測試的結(jié)果是a)腐蝕片于日光燈和顯微鏡下檢查，顯示晶片背面均勻一致，亮度正常。b)粗糙度測得6片晶片背面5點粗糙度Ra均值=O. 30 μ m, Rq均值=O. 33 μ m。c)平整度ffarp 均值3. 22 μ m, TTV 均值3. 97 μ m。實施例46片厚度為250 260 μ m的2寸神化嫁晶片經(jīng)研磨后放入晶片盒，將裝有晶片的Cassette先于堿性金屬清洗劑(質(zhì)量濃度30%)中于60°C浸置30分鐘，再于15%的氨水中常溫浸洗10分鐘,之后將Cassette放入按質(zhì)量比配制好的20%氨水、25%雙氧水、其余為水的溶液中，在保持藥液溫度35°C下浸搖20秒，之后立即將Cassette置入溢流沖洗槽中，用去離子水溢流漂洗與快排沖水相結(jié)合的方式?jīng)_洗10秒，并加以手動沖水5秒，沖水后將晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(美國semitool，101型)中，用熱氮氣干燥,干燥溫度60°C,干燥時間30秒。
使用粗糙度和平整度測試對6片晶片測試的結(jié)果是a)腐蝕片于日光燈和顯微鏡下檢查，顯示晶片背面均勻一致，亮度正常。b)粗糙度測得6片晶片背面5點粗糙度Ra均值=O. 36 μ m, Rq均值=O. 41 μ m。c)平整度ffarp 均值3. 41 μ m, TTV 均值4. 09 μ m。實施例56片厚度為250 260 μ m的2寸神化嫁晶片經(jīng)研磨后放入晶片盒，將裝有晶片的Cassette先于堿性金屬清洗劑(質(zhì)量濃度30%)中于60°C浸置30分鐘，再于10%的氨水中常溫浸洗10分鐘，之后將Cassette放入按質(zhì)量比配制好的20%氨水、33%雙氧水、其余為水的溶液中，在保持藥液溫度40°C下浸搖20秒，之后立即將Cassette置入溢流沖洗槽中，用去離子水溢流漂洗與快排沖水相結(jié)合的方式?jīng)_洗10秒，并加以手動沖水5秒，沖水后之后將晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(美國semitool，101型)中，用熱氮氣干燥，干燥溫度50°C，干燥時間40秒。使用粗糙度和平整度測試對6片晶片測試的結(jié)果是a)腐蝕片于日光燈和顯微鏡下檢查，顯示晶片背面均勻一致，亮度正常。b)粗糙度測得6片晶片背面5點粗糙度Ra均值=O. 39 μ m, Rq均值=O. 42 μ m。c)平整度ffarp 均值3. 27 μ m, TTV 均值4. 02 μ m。對比例6片厚度為250 260 μ m的2寸神化嫁晶片經(jīng)研磨后放入晶片盒，將裝有晶片的Cassette先于堿性金屬清洗劑(質(zhì)量濃度30%)中于60°C浸置30分鐘,再于氨水中常溫浸洗10分鐘，之后將Cassette放入按質(zhì)量比配制好的75%濃硫酸、4%雙氧水、其余為水的腐蝕液中，在保持藥液溫度60°C下浸搖150秒，之后立即將Cassette置入溢流沖洗槽中，用去離子水溢流漂洗與快排沖水相結(jié)合的方式?jīng)_洗10秒，并加以手動沖水5秒，沖水后之后將晶片放入晶片旋轉(zhuǎn)干燥機(美國semitool，101型)中，用熱氮氣干燥,干燥溫度50°C,干燥時間50秒。使用粗糙度和平整度測試對6片晶片測試的結(jié)果是a)腐蝕片于日光燈和顯微鏡下檢查，顯示晶片背面不夠均勻，有明顯背花痕跡，需修復(fù)。b)粗糙度測得6片晶片背面5點粗糙度Ra均值=0. 79 μ m,Rq均值=0. 82 μ m。c)平整度ffarp 均值5. 15 μ m, TTV 均值4. 77 μ m。
權(quán)利要求
1.一種對砷化鎵晶片進行化學(xué)腐蝕的方法，包括以下步驟 1)將砷化鎵晶片使用金屬清洗劑浸洗； 2)在氨水中浸洗； 3)將砷化鎵晶片放入化學(xué)腐蝕液中，在10 40°C的溫度下腐蝕晶片表面； 4)以去離子水沖洗晶片表面； 5)干燥晶片。
2.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)腐蝕的方法，其特征在于，所述步驟I)的金屬清洗劑為堿性金屬清洗劑水溶液，其質(zhì)量濃度為10 50%，浸洗的時間為20 30分鐘，浸洗的溫度為60 70。。。
3.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)腐蝕的方法，其特征在于，所述步驟2)使用質(zhì)量濃度為5 20%的氨水溶液,浸泡時間5 10分鐘后,使用去離子水沖洗。
4.如權(quán)利要求I所述的化學(xué)腐蝕的方法，其特征在于，所述步驟3)的腐蝕溫度為25 350C ;腐蝕時間為3秒至I分鐘。
5.如權(quán)利要求I 4任一所述的化學(xué)腐蝕的方法，其特征在于，所述步驟3)的整個過程中所述化學(xué)腐蝕液相對于砷化鎵晶片表面流動；所述步驟3)之后以去離子水沖洗晶片表面。
6.如權(quán)利要求I 4任一所述的化學(xué)腐蝕的方法，其特征在于，所述步驟4)使用去離子水溢流漂洗與快排沖水相結(jié)合的方式?jīng)_洗晶片表面，沖洗時間為10秒至5分鐘。
7.如權(quán)利要求I 4任一所述的化學(xué)腐蝕的方法，其特征在于，所述步驟4)之后再加以手動沖水的操作。
8.如權(quán)利要求I 4任一所述的化學(xué)腐蝕的方法，其特征在于，所述步驟5)的干燥，是在40 60°C溫度下干燥30 60秒。
9.一種用于權(quán)利要求I 8任一所述對砷化鎵晶片進行化學(xué)腐蝕的化學(xué)腐蝕液，由質(zhì)量含量3. 2 20 %的氨水、8. 3 33. O %的雙氧水和水組成。
10.如權(quán)利要求9所述的化學(xué)腐蝕液，其特征在于，是由質(zhì)量含量10.O 20. 0%的氨水、20 33. O %的雙氧水和水組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種對砷化鎵晶片進行化學(xué)腐蝕的方法，包括將砷化鎵晶片使用金屬清洗劑浸洗；在氨水中浸洗；將砷化鎵晶片放入化學(xué)腐蝕液中，在10～40℃的溫度下腐蝕晶片表面；以去離子水沖洗晶片表面；干燥晶片。本發(fā)明還提供了一種砷化鎵晶片進行化學(xué)腐蝕的化學(xué)腐蝕液，由質(zhì)量比3.2～20％的氨水、8.3～33.0％的雙氧水和水組成。本發(fā)明通過有效的化學(xué)藥液腐蝕工藝，去除機械加工工序所造成的晶片損傷層，消除晶片內(nèi)部應(yīng)力，制作滿足外延生長背面粗糙度要求的晶片，得到背面均勻一致，無背侵，無背花的晶片。
文檔編號C30B33/10GK102618936SQ20121007640
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者劉麗杰, 劉文森, 王曉文, 班冬青, 趙波 申請人:北京通美晶體技術(shù)有限公司