用VGF法生长锗单晶体的预清洗方法技术

本发明专利技术属于锗单晶体生长技术领域，特别涉及用VGF法生长锗单晶体的预清洗方法。本发明专利技术公开了用VGF法生长锗单晶体的预清洗方法，其特征在于对锗锭、石英管、PBN坩埚及籽晶腐蚀清洗，具体包括用第一、二、三、四、五溶液分别对锗锭、石英管、PBN坩埚及籽晶腐蚀，然后用去离子水清洗，用无水乙醇脱水，通过上述步骤，可实现后续使用VGF法生长出的锗单晶体不受杂质影响，保证了锗单晶片的质量。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于锗单晶体生长
，特别涉及用VGF法生长锗单晶体的预清洗方法。
技术介绍
：由于VGF (垂直梯度凝固) 法生长单晶时温度梯度较低，生长速率较小，目前已成为生长大直径、低位错密度晶体的主流技术之一。用VGF法生长锗单晶体之前需要经过以下步骤：(1)将籽晶放到前段PBN坩埚的嘴部，然后再装入锗锭，装完后将PBN(氮化硼)坩埚放入石英管中，加上中环；(2)取后段PBN坩埚，往里装入锗锭之后，放到石英管中，装上封帽；(3)将石英管放到真空烤炉上，抽完真空后进行封焊。装料过程中所用到的锗锭、石英管(包括中环和封帽)、PBN坩埚及籽晶这四种材料，只要其中一种材料清洗不干净，生长出的锗单晶体就会受到杂质的影响，进而影响到锗单晶片的质量。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供对锗锭、石英管、PBN坩埚及籽晶进行腐蚀清洗的方法，提高后续用VGF法生长锗单晶体的质量。本专利技术公开了用VGF法生长锗单晶体的预清洗方法，其特征在于对锗锭、石英管、PBN坩埚及籽晶腐蚀清洗，具体包括以下步骤：(1)锗锭清洗：将高纯度6N区熔锗锭放入第一溶液腐蚀，然后依次进行去离子水第一次冲洗、去离子水超声清洗和去离子水第二次冲洗，再用无水乙醇脱水，最后烘干；所述第一溶液为氢氟酸和过氧化氢的水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，过氧化氢浓度为30％～32％，体积比为V (HF): V(H2O2):V(H2O)=1:1.5:9，腐蚀温度为常温，时间为15～30分钟； (2)石英管清洗：将石英管放入第二溶液腐蚀，然后用去离子冲洗，最后用无水乙醇脱水；第二溶液为氢氟酸水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，体积比为V (HF):V(H2O)=1:7，腐蚀温度为常温，时间为20分钟；(3) PBN坩埚清洗：用1500＃砂纸擦净PBN坩埚表面污点，然后将PBN坩埚放入第三溶液腐蚀，腐蚀后用去离子第一次冲洗，再放入第四溶液腐蚀，然后用去离子水第二次冲洗，用去离子水超声清洗，去离子水第三次冲洗，最后无水乙醇脱水；第三溶液为王水，所用硝酸浓度为69％～72％，盐酸浓度为36％～38％，体积比为V(HNO3):V(HCl)=1:3，腐蚀温度为常温，时间为20～30分钟；第四溶液为氢氟酸和氟化铵的水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，氟化铵浓度为10mg/L，体积比为V(HF):V(NH4F):V(H2O)=1:1:10，腐蚀温度为常温，时间为15～25分钟；(4) 籽晶清洗：将籽晶放入第五溶液腐蚀，然后用去离子冲洗，最后用无水乙醇脱水；第五溶液为硝酸和氢氟酸的混合溶液，所用硝酸浓度为69％～72％，氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，体积比为V (HNO3):V(HF)=1:2，腐蚀温度为常温，时间为2分钟。其中，在步骤(1)高纯度6N区熔锗锭清洗中用去离子水第一次冲洗时间为2分钟以上；常温下用去离子水超声清洗的次数为2～4次，每次超声清洗时间为30分钟，超声波频率为40KHz；用去离子水第二次冲洗时间为2分钟以上；烘干的时间为90分钟，温度为200℃。在步骤(2)石英管清洗中用去离子水冲洗时间为3分钟。在步骤(3)PBN坩埚清洗中用去离子水第一次和第二次冲洗时间都为2～4分钟；用去离子水超声清洗的次数为4次，第一次超声清洗时间为2小时，超声波频率为40 KHz，温度为常温，第二、第三和第四这三次的超声清洗时间都为20分钟，超声波频率为60 KHz，温度为55℃； 用去离子水第三次冲洗时间为2分钟。在步骤(4)籽晶清洗中用去离子水冲洗时间为2～5分钟上述步骤(1)～(4)中所述无水乙醇的纯度为99.9％。在本专利技术中，第一溶液，氢氟酸和过氧化氢的水溶液能去除锗锭表面的金属和氧化物；第二溶液，氢氟酸水溶液能去除石英管表面的硅的氧化物；第三溶液，王水能去除PBN坩埚表面的重金属和有机物，第四溶液，氢氟酸和氟化铵的水溶液能去除PBN坩埚表面的氧化物；第五溶液，硝酸和氢氟酸的混合溶液能去除籽晶表面的重金属，有机物和氧化物。通过这五种溶液腐蚀和去离子水清洗，可实现后续使用VGF法生长出的锗单晶体不受杂质影响，保证了锗单晶片的质量。具体实施方式：以下通过具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。(1)锗锭清洗：先将27L的去离子水加入到腐蚀槽中，然后依次加入4.5L的过氧化氢和3L的氢氟酸，搅拌均匀后，常温下把切割好的高纯度6N区熔锗锭放入该溶液中进行腐蚀，25分钟后取出锗锭，用去离子水冲洗3分钟，然后放到盛有去离子水的超声波清洗机中，在超声波频率为40KHz下超声清洗3遍，每遍常温清洗30分钟后更换一次去离子水，超声清洗完后，用去离子水冲洗锗锭表面2分钟，然后取出锗锭，用99.9％无水乙醇脱水之后，放到干燥箱中，在200℃下烘烤90分钟，烘干后自然冷却至室温，待用。腐蚀溶液中所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，过氧化氢浓度为30％～32％。(2)石英管清洗：先将105L的水加入到腐蚀槽中，然后加入15L氢氟酸，搅拌均匀后，常温下把石英管轻轻放入该溶液中进行腐蚀，20分钟后取出石英管，用去离子水冲洗3分钟，然后用99.9％无水乙醇脱水后，放到洁净室里晾干，待用。腐蚀溶液中所用的氢氟酸浓度为48.8％～49.2％。(3) PBN坩埚清洗：先往腐蚀槽里加入36L盐酸，再加入12L硝酸，配制成王水溶液，用1500＃砂纸将坩埚表面的污点擦净后，常温下放入王水中进行腐蚀，25分钟后取出坩埚，用去离子水冲洗3分钟，然后再放入盛有5L氢氟酸、5L氟化铵和50L去离子水混合溶液的腐蚀槽中进行腐蚀，15分钟后取出坩埚，用去离子水冲洗3分钟，然后放到盛有去离子水的超声波清洗机中，在超声波频率为40KHz下超声清洗2小时后更换去离子水，然后将频率转换到60KHz，温度升到55℃，超声清洗3遍，每遍20分钟，超声清洗完后，用去离子水冲洗坩埚表面2分钟，然后取出坩埚，用99.9％无水乙醇脱水之后，放到洁净室里晾干，待用。腐蚀溶液中所用的硝酸浓度为69％～72％，盐酸浓度为36％～38％，氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，氟化铵浓度为10mg/L。 (4) 籽晶清洗：往规格为400mL的烧杯里加入200mL的氢氟酸，然后再加入100mL的硝酸，搅拌均匀后，常温下把籽晶轻轻放入该溶液中进行腐蚀，2分钟后取出籽晶，用去离子水冲洗3分钟，然后用99.9％无水乙醇脱水后，用无尘布擦干，待用。腐蚀溶液中所用的硝酸浓度为69％～72％，氢氟酸浓度为48.8％～49.2％。将上述腐蚀清洗后的锗锭、石英管、PBN坩埚及籽晶经过装料、抽真空、封焊和VGF生长这四道工序之后，对生长出来的锗单晶体进行了GDMS(辉光放电质谱)全元素测试，结果显示，除了Ga元素以外，其他杂质的含量均在测试极限以下，测到了较高浓度的Ga，是因为所用的样品是p型掺Ga锗单晶片，见表1表1 p型锗单晶片GDMS全元素测试数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
用VGF法生长锗单晶体的预清洗方法，其特征在于对锗锭、石英管、PBN坩埚及籽晶腐蚀清洗，具体包括以下步骤：(1)锗锭清洗：将高纯度6N区熔锗锭放入第一溶液腐蚀，然后依次进行去离子水第一次冲洗、去离子水超声清洗和去离子水第二次冲洗，再用无水乙醇脱水，最后烘干；所述第一溶液为氢氟酸和过氧化氢的水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，过氧化氢浓度为30％～32％，体积比为V (HF): V(H2O2):V(H2O)=1:1.5:9，腐蚀温度为常温，时间为15～30分钟； (2)石英管清洗：将石英管放入第二溶液腐蚀，然后用去离子冲洗，最后用无水乙醇脱水；第二溶液为氢氟酸水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，体积比为V (HF):V(H2O)=1:7，腐蚀温度为常温，时间为20分钟；(3) PBN坩埚清洗：用1500＃砂纸擦净PBN坩埚表面污点，然后将PBN坩埚放入第三溶液腐蚀，腐蚀后用去离子第一次冲洗，再放入第四溶液腐蚀，然后用去离子水第二次冲洗，用去离子水超声清洗，去离子水第三次冲洗，最后无水乙醇脱水；第三溶液为王水，所用硝酸浓度为69％～72％，盐酸浓度为36％～38％，体积比为V (HNO3):V(HCl)=1:3，腐蚀温度为常温，时间为20～30分钟；第四溶液为氢氟酸和氟化铵的水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，氟化铵浓度为10mg/L，体积比为V (HF):V(NH4F):V(H2O)=1:1:10，腐蚀温度为常温，时间为15～25分钟；(4) 籽晶清洗：将籽晶放入第五溶液腐蚀，然后用去离子冲洗，最后用无水乙醇脱水；第五溶液为硝酸和氢氟酸的混合溶液，所用硝酸浓度为69％～72％，氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，体积比为V (HNO3):V(HF)=1:2，腐蚀温度为常温，时间为2分钟。...

【技术特征摘要】
1.用VGF法生长锗单晶体的预清洗方法，其特征在于对锗锭、石英管、PBN坩埚及籽晶腐蚀清洗，具体包括以下步骤：(1)锗锭清洗：将高纯度6N区熔锗锭放入第一溶液腐蚀，然后依次进行去离子水第一次冲洗、去离子水超声清洗和去离子水第二次冲洗，再用无水乙醇脱水，最后烘干；所述第一溶液为氢氟酸和过氧化氢的水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，过氧化氢浓度为30％～32％，体积比为V (HF): V(H2O2):V(H2O)=1:1.5:9，腐蚀温度为常温，时间为15～30分钟； (2)石英管清洗：将石英管放入第二溶液腐蚀，然后用去离子冲洗，最后用无水乙醇脱水；第二溶液为氢氟酸水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，体积比为V (HF):V(H2O)=1:7，腐蚀温度为常温，时间为20分钟；(3) PBN坩埚清洗：用1500＃砂纸擦净PBN坩埚表面污点，然后将PBN坩埚放入第三溶液腐蚀，腐蚀后用去离子第一次冲洗，再放入第四溶液腐蚀，然后用去离子水第二次冲洗，用去离子水超声清洗，去离子水第三次冲洗，最后无水乙醇脱水；第三溶液为王水，所用硝酸浓度为69％～72％，盐酸浓度为36％～38％，体积比为V(HNO3):V(HCl)=1:3，腐蚀温度为常温，时间为20～30分钟；第四溶液为氢氟酸和氟化铵的水溶液，所用氢氟酸浓度为48.8％～49.2％，氟化铵浓度为10mg/L，体积比为V (HF):V(NH4F):V(H2O)=1:1:10，腐蚀温度为常温，时间为15～25分...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖祥江，李苏滨，惠峰，李雪峰，柳廷龙，李武芳，周一，杨海超，候振海，囤国超，田东，
申请(专利权)人：云南中科鑫圆晶体材料有限公司，昆明云锗高新技术有限公司，云南鑫耀半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53