一种用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法技术

本发明专利技术属于化合物半导体晶片抛光技术领域，具体涉及一种用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法。该方法包括化学机械抛光和表面硫化钝化处理，其中，化学机械抛光采用包含胶体二氧化硅、弱碱性氧化剂、有机钠盐、pH调节剂和水的碱性抛光液。本发明专利技术较好地解决了InAs衬底这种较软的化合物衬底抛光时易产生的划痕、颗粒污染及在外延生长时表面难脱氧等问题，采用该方法处理的InAs衬底可稳定生长出高质量的超晶格红外探测器外延片。超晶格红外探测器外延片。超晶格红外探测器外延片。

A surface treatment method for InAs substrate by molecular beam epitaxy

【技术实现步骤摘要】
一种用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法


[0001]本专利技术属于化合物半导体晶片抛光
，具体涉及一种用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法。

技术介绍

[0002]InAs（砷化铟）是直接跃迁型化合物半导体材料，并在大气检测、医疗、国防及卫星通信领域有广泛、重要的应用前景；InAs晶体具有较高的电子迁移率和迁移率比值，低磁阻效应和小电阻温度系数，是制造霍尔器件和磁阻器件的理想材料。InAs材料电子迁移率以及电子饱和率是现有III
‑
V族化合物中较高的，室温电子迁移率3.3
×
10
4 cm2/(V
·
s)，是制作霍尔器件的理想材料，电子峰值漂移速度是4
×
10
7 cm/s，InAs的禁带宽度0.35 eV，是制作长波红外探测器和激光器外延的主要衬底材料。
[0003]InAs的化学性质非常活跃，也是典型的软脆性半导体材料，表面极易氧化、材料脆性大，较软、易产生划痕，难以加工出高质量的晶片表面。InAs基器件的性能除了与单晶材料电化学性能参数有关外，也与InAs晶片表面抛光质量有很重要的关系，InAs晶片表面如存在橘皮、划痕和损伤层会导致器件漏电流增加，不能满足器件制备的使用要求，因此InAs晶片表面质量决定MBE外延层生长的质量和材料特性，直接影响器件的性能和可靠性，所以，抛光出高质量的InAs晶片至关重要。综上所述，减少晶片表面划伤及降低表面粗糙度获得高质量表面所依据的抛光方法是关键因素；随着InAs晶片的研发及应用，对InAs晶片的表面质量要求也逐步提高。
[0004]化学机械抛光（CMP）方法是将磨粒的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来运用抛光垫和抛光液实现化学机械抛光的一项技术。该技术的核心是抛光液中的化学药液与晶片表面发生化学反应，而抛光液中的磨粒在压力和抛光垫摩擦作用下对晶片表面进行去除。所以，在CMP过程中化学腐蚀作用与磨粒机械作用程度的比例，在很大程度上决定了抛光晶片表面质量和抛光效率。
[0005]以往的CMP方法对InAs晶片进行抛光后，在InAs晶片表面划痕严重，表面粗糙度较大。由于表面粗糙度不均匀且InAs晶片表面容易氧化，在经过MBE高温去氧化层不干净，影响薄膜层原子排列，产生错位分布，造成晶片表面生长的薄膜粗糙度大，表面不平整，从而影响器件性能。
[0006]期刊《半导体学报》第27卷第8期08
‑
1391
‑
05中采用化学机械抛光方法对InAs晶片进行抛光，采用的是室温下酸性抛光液pH为6，抛光后表面呈光滑镜面，但通过微分干涉显微镜仔细观察后发现晶片表面存在划痕缺陷，晶片整体表面不平整有橘皮现象，导致晶片表面粗糙度均匀性不好控制。采用上述方法进行抛光，由于化学机械抛光液pH值控制在6，抛光液呈酸性，胶体二氧化硅溶胶在酸性抛光液中会产生凝胶、析出现象，导致抛光液的pH处于不稳定状态，因此，抛光后易在晶片表面产生划痕、橘皮等缺陷，难以维持良好的抛光效果，且需频繁地更换抛光液或加入酸、氧化剂进行调整。酸性抛光液在配液区间有较多选择，但是酸性抛光液致命的缺陷是含有大量的金属离子，如Cu
2+
、Al
3+
、Ag
+
等离子，在抛光后
晶片表面会残留大量的金属离子不易清洗和去除，影响InAs基超晶格分子束外延（MBE）层生长的质量和材料特性，更直接影响器件的性能和可靠性。
[0007]MBE生长条件苛刻，要在MBE外延生长系统中取得高质量的生长结果，对衬底的表面要求非常高，在MBE外延生长系统中进行预处理、脱氧、生长；去除表面的有机污染、金属杂质和自然氧化层；结合生长后缺陷要求，衬底必须满足高质量表面平整度、颗粒缺陷和表面粗糙度。
[0008]酸性抛光液易腐蚀抛光机台，需要做防腐特殊处理而增加使用成本，InAs抛光时遇酸性抛光液会产生有毒气体（砷烷），会对作业人员身体造成损害，排放对环境造成污染，不符合安全和环保的要求。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在提供一种用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法，能够解决较软的InAs衬底抛光时易产生的划痕、颗粒污染及在外延生长时表面难脱氧等问题，满足分子束外延对InAs衬底的特殊要求。
[0010]按照本专利技术的技术方案，所述用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法，包括以下步骤，S1：利用碱性抛光液对InAs晶圆表面进行化学机械抛光，清洗，得到半成品；所述碱性抛光液除pH调节剂外包括10
‑
15wt%胶体二氧化硅、11
‑
13wt%弱碱性氧化剂和1
‑
3wt%有机钠盐，余量为水，并用pH调节剂调节至pH为9
‑
10，所述pH调节剂为有机酸；S2：利用硫化钝化溶液对所述半成品进行表面硫化钝化处理，并清洗、甩干，完成表面处理；所述硫化钝化溶液按体积分数计，包括以下组分：30v/v%硫化铵水溶液20%
‑
30%、10v/v%过硫酸铵水溶液1%
‑
10%、乙酸0.1%
‑
1%，余量为水。
[0011]具体的，碱性抛光液中，胶体二氧化硅作为磨料，有机钠盐作为螯合剂，水为去离子水或超纯水，pH调节剂的用量根据实际测得的pH值需求适量调整添加直到碱性抛光液pH值9
‑
10为止。碱性抛光液的pH值控制在9
‑
10，可避免抛光后的表面产生划痕、抛光雾和波纹状橘皮，避免InAs晶圆表面产生缺陷。
[0012]本专利技术采用有机钠盐和弱碱性氧化剂结合的抛光液对材料进行腐蚀性抛光，对材料表面进行腐蚀形成氧化物溶解在抛光液中被抛光液带走，在去除材料的时候去除应力层和划伤，去除附着在晶片表面上的磨料颗粒、浅痕、抛光雾，获得所需的晶片。而弱碱性抛光液不会对抛光材料表面产生过渡腐蚀，因此，得到的抛光面无蚀坑、表面无异性腐蚀。采用本专利技术的方法，不会因磨料的压力继续产生应力缺陷，由于是通过化学腐蚀和磨料机械相结合进行的抛光，抛光液化学性能及工艺参数稳定，抛光后晶片表面质量较好，抛光液使用寿命稳定。
[0013]进一步的，胶体二氧化硅中二氧化硅的粒径40
‑
60nm。
[0014]进一步的，所述步骤S1中，化学机械抛光采用复合抛光垫，抛光压力310
‑
400 g/cm2，抛光机下盘转速85
‑
95 rpm，抛光机压力头转速70
‑
80 rpm，化学机械抛光液流量300
‑
400 mL/min。
[0015]进一步的，所述复合抛光垫由绒毛合成革与聚氨酯复合而成，复合抛光垫的压缩率为24%
‑
26%。
[0016]优选的，化学机械抛光过程中，采用隔膜泵非循环滴液（真空挤压）的方式供给所述碱性抛光液。
[0017]进一步的，所述步骤S1中，清本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：利用碱性抛光液对InAs晶圆表面进行化学机械抛光，清洗，得到半成品；所述碱性抛光液除pH调节剂外包括10
‑
15wt%胶体二氧化硅、11
‑
13wt%弱碱性氧化剂和1
‑
3wt%有机钠盐，余量为水，并用pH调节剂调节至pH为9
‑
10，所述pH调节剂为有机酸；S2：利用硫化钝化溶液对所述半成品进行表面硫化钝化处理，并清洗、甩干，完成表面处理；所述硫化钝化溶液按体积分数计，包括以下组分：30v/v%硫化铵水溶液20%
‑
30%、10v/v%过硫酸铵水溶液1%
‑
10%、乙酸0.1%
‑
1%，余量为水。2.如权利要求1所述的用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法，其特征在于，所述步骤S1中，化学机械抛光采用复合抛光垫，抛光压力310
‑
400g/cm2，抛光机下盘转速85
‑
95rpm，抛光机压力头转速70
‑
80rpm，化学机械抛光液流量300
‑
400mL/min。3.如权利要求2所述的用于分子束外延InAs衬底的表面处理方法，其特征在于，所述复合抛光垫由绒毛合成革与聚氨酯复合而成。4.如权利要求1所述的用于分子束外延InAs衬底的表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈意桥，钱磊，孙维国，周千学，傅祥良，
申请(专利权)人：苏州焜原光电有限公司，
类型：发明
国别省市：