一种用于磷化铟表面孪晶识别的腐蚀液及腐蚀方法与流程

本发明涉及一种用于磷化铟表面孪晶识别的腐蚀液及腐蚀方法，属于半导体材料领域。

背景技术：

作为一种重要的ⅲ--ⅴ族化合物半导体材料，磷化铟(inp)具有很多优良的性能，如：直接跃迁型能带结构、禁带宽度较宽、光电转换效率较高、电子迁移率高、抗辐射能力较强等。因此，磷化铟被广泛应用于高频微波器件和电路、太阳能电池、光纤通信等领域。

目前，随着以磷化铟为衬底的微电子和光电子等器件的发展，对材料提出了更高的要求，磷化铟单晶中是否含有孪晶对磷化铟外延至关重要。由于磷化铟的堆垛层错能在几种半导体材料中最低，因此磷化铟单晶的生产过程中极易出现孪晶。虽然减少孪晶的产生是磷化铟单晶生长技术的重点，但是仍然不能完全避免孪晶的产生，且细小孪晶不易识别。因此，磷化铟在抛光清洗后发现表面有孪晶，会造成晶片的损失和人力物力的浪费。

磷化铟在室温下可以与盐酸发生反应，对于(100)磷化铟材料，盐酸是一种很有效的腐蚀剂，各向异性的腐蚀特性非常明显。但由于磷化铟在盐酸中的腐蚀速度太快，难以控制，因此不能用于晶片孪晶的识别。

郑建和在文献《inp的化学腐蚀》中，讨论了不同腐蚀液对inp抛光面光刻后进行化学腐蚀的作用，分析了不同的腐蚀液对inp的作用，研究了不同腐蚀液的腐蚀时间、腐蚀速度和腐蚀角度对不同晶向晶片的断面图形和晶片表面的影响。

许兆鹏在文献《gaas、gap、inp、ingaasp、algaas、inalgaas的化学腐蚀研究》中，讨论了化学腐蚀本身以氧化--络合理论为基础，腐蚀剂通常包括氧化、络合溶解、稀释三种成份，腐蚀过程包含晶片表面层被氧化剂氧化和生成的氧化物被络合溶解；针对不同的衬底材料进行了化学腐蚀实验研究，为光电子集成光开关和微片式激光器等器件化学腐蚀的研制提供了方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种用于磷化铟表面孪晶识别的腐蚀液及腐蚀方法，采用本发明的腐蚀液进行化学腐蚀，稳定性高、重复性好、腐蚀速度可控。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于磷化铟表面孪晶识别的腐蚀液，包含如下体积百分比的组分：盐酸30％～70％、双氧水0％～35％、醋酸20％～70％。

作为本发明所述腐蚀液的优选实施方式，包含如下体积百分比的组分：盐酸40％～60％、双氧水0％～10％、醋酸30％～60％。

作为本发明所述腐蚀液的优选实施方式，包含如下体积百分比的组分：盐酸60％、双氧水10％、醋酸30％。

作为本发明所述腐蚀液的优选实施方式，所述盐酸为质量分数36％～38％的盐酸，所述双氧水为质量分数30％～32％的双氧水，所述醋酸为质量分数99.7％～100％的醋酸。

本发明还提供一种用于磷化铟表面孪晶识别的腐蚀方法，所述腐蚀方法采用上述腐蚀液。

作为本发明所述腐蚀方法的优选实施方式，包括以下步骤：

(1)用酒精浸泡磷化铟晶片；

(2)然后用去离子水冲洗磷化铟晶片表面；

(3)将步骤(2)冲洗后的磷化铟晶片放入腐蚀液中浸泡；

(4)然后用去离子水冲洗磷化铟晶片表面，并干燥磷化铟晶片；

(5)在日光灯下观察磷化铟晶片表面并标注孪晶分布。

作为本发明所述腐蚀方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，酒精的质量分数为80％～98％，浸泡时间为20～30min，浸泡温度为10～40℃。

作为本发明所述腐蚀方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，采用去离子水溢流漂洗或快排冲水或二者结合的方式冲洗磷化铟晶片表面，冲洗30～120s，然后手动冲水30s。

作为本发明所述腐蚀方法的优选实施方式，所述步骤(3)中，浸泡温度为10～40℃，浸泡时间为30～180s，浸泡过程中磷化铟晶片在腐蚀液中均匀划动。

作为本发明所述腐蚀方法的优选实施方式，所述步骤(4)中，采用去离子水溢流漂洗或快排冲水或二者结合的方式冲洗磷化铟晶片表面，冲洗30～90s，然后手动冲水20～60s；然后将磷化铟晶片在酒精中浸泡2～10s后用热氮气干燥晶片，干燥温度为40～50℃，干燥时间为30～90s。

作为本发明所述腐蚀方法的优选实施方式，所述步骤(5)中，从磷化铟晶片正反面不同的角度观察孪晶分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用本发明的腐蚀液及腐蚀方法用于磷化铟表面孪晶识别，稳定性高、重复性好、腐蚀速度可控。本发明相比盐酸腐蚀，可控制性更强；采用盐酸腐蚀时，腐蚀掉量为30～50μm/min；本发明腐蚀过程中磷化铟的溶解速率慢，腐蚀掉量为3～15μm/min；腐蚀后，磷化铟表面孪晶分布很容易识别，从而提高了加工效率，节省了成本。

附图说明

图1为本发明用于磷化铟表面孪晶识别的腐蚀方法的流程图。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例用于磷化铟表面孪晶识别的腐蚀方法的流程图如图1所示。

5片厚度为450～460μm的4寸磷化铟(inp)晶片经切片后放入晶片盒(cassette)中，将装有晶片的cassette置于质量分数为80％酒精中在10℃下浸泡20min；将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗30s，再加以手动冲水30s；之后将装有晶片的cassette浸入体积比例为盐酸30％、醋酸50％、双氧水20％的溶液中，其中，盐酸为质量分数36％～38％的盐酸，双氧水为质量分数30％～32％的双氧水，醋酸为质量分数99.7％～100％的醋酸，在腐蚀液温度10℃下匀速晃动180s；然后立即将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗30s，再加以手动冲水20s；放入酒精中浸泡2s，然后用热氮气吹干，干燥温度为40℃，干燥时间为30s。在日光灯下，观察晶片表面的孪晶分布，从晶片正反面不同的角度(0～180°)观察孪晶分布，并标识孪晶位置。

试验结果：腐蚀后在日光灯下观察晶片主背面光滑且均匀一致，亮度正常；晶片的腐蚀掉量为14μm/min，可以清晰地识别晶片表面孪晶分布。

实施例2

5片厚度为460～470μm的4寸磷化铟(inp)晶片经切片后放入晶片盒(cassette)，将装有晶片的cassette置于质量分数为98％酒精中在40℃下浸泡30min；将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗120s，再加以手动冲水30s；之后将装有晶片的cassette浸入体积比例为盐酸70％、醋酸20％、双氧水10％的溶液中，其中，盐酸为质量分数36％～38％的盐酸，双氧水为质量分数30％～32％的双氧水，醋酸为质量分数99.7％～100％的醋酸，在腐蚀液温度40℃下匀速晃动30s；然后立即将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗90s，再加以手动冲水60s；放入酒精中浸泡10s，然后用热氮气吹干，干燥温度为50℃，干燥时间为90s。在日光灯下，观察晶片表面的孪晶分布，从晶片正反面不同的角度(0～180°)观察孪晶分布，并标识孪晶位置。

试验结果：腐蚀后在日光灯下观察晶片主背面光滑且均匀一致，亮度正常；晶片的腐蚀掉量为11μm/min，可以清晰地识别晶片表面孪晶分布。

实施例3

5片厚度为440～450μm的4寸磷化铟(inp)晶片经切片后放入晶片盒(cassette)，将装有晶片的cassette置于质量分数为98％酒精中在20℃下浸泡30min；将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗70s，再加以手动冲水30s；之后将装有晶片的cassette浸入体积比例为盐酸30％、醋酸70％的溶液中，其中，盐酸为质量分数36％～38％的盐酸，醋酸为质量分数99.7％～100％的醋酸，在腐蚀液温度20℃下匀速晃动90s；然后立即将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗80s，再加以手动冲水30s；放入酒精中浸泡4s，然后用热氮气吹干，干燥温度为45℃，干燥时间为70s。在日光灯下，观察晶片表面的孪晶分布，从晶片正反面不同的角度(0～180°)观察孪晶分布，并标识孪晶位置。

试验结果：腐蚀后在日光灯下观察晶片主背面光滑且均匀一致，亮度正常；晶片的腐蚀掉量为11μm/min，可以清晰地识别晶片表面孪晶分布。

实施例4

5片厚度为440～450μm的4寸磷化铟(inp)晶片经切片后放入晶片盒(cassette)，将装有晶片的cassette置于质量分数为98％酒精中在20℃下浸泡30min；将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗70s，再加以手动冲水30s；之后将装有晶片的cassette浸入体积比例为盐酸60％、醋酸30％、双氧水10％的溶液中，其中，盐酸为质量分数36％～38％的盐酸，双氧水为质量分数30％～32％的双氧水，醋酸为质量分数99.7％～100％的醋酸，在腐蚀液温度20℃下匀速晃动50s；然后立即将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗60s，再加以手动冲水30s；放入酒精中浸泡4s，然后用热氮气吹干，干燥温度为45℃，干燥时间为70s。在日光灯下，观察晶片表面的孪晶分布，从晶片正反面不同的角度(0～180°)观察孪晶分布，并标识孪晶位置。

试验结果：腐蚀后在日光灯下观察晶片主背面光滑且均匀一致，亮度正常；晶片的腐蚀掉量为12μm/min，可以清晰地识别晶片表面孪晶分布。

对比例1

5片厚度为440～450μm的4寸磷化铟(inp)晶片经切片后放入晶片盒(cassette)，将装有晶片的cassette置于质量分数为98％酒精中在20℃下浸泡30min；将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗70s，再加以手动冲水30s；之后将装有晶片的cassette浸入质量分数为36％～38％的盐酸中，在腐蚀液温度20℃下匀速晃动50s；然后立即将装有晶片的cassette放置于溢流槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗60s，再加以手动冲水30s；放入酒精中浸泡4s，然后用热氮气吹干，干燥温度为45℃，干燥时间为70s。在日光灯下，观察晶片表面的孪晶分布，从晶片正反面不同的角度(0～180°)观察孪晶分布，并标识孪晶位置。

试验结果：腐蚀后在日光灯下观察晶片主背面光滑且均匀一致，亮度正常；晶片的腐蚀掉量为45μm/min，可以清晰地识别晶片表面孪晶分布。

效果例1

本发明腐蚀液各组分的配比影响磷化铟表面孪晶识别的效果，为考察各组分配比对磷化铟表面孪晶识别效果的影响，设置试验组1～8和对照组1～3。试验组1～8与对照组1～3中，仅腐蚀液中盐酸、双氧水、醋酸的体积百分比不同，并根据腐蚀液的不同配比分别选取较为优选的腐蚀时间，其余腐蚀条件同实施例1。试验组1～8和对照组1～3中腐蚀液各组分的体积百分比如表1所示，并按照上述实施例1～4中的测试方法进行测试，测试结果如表1所示。

表1

由表1可知，本发明腐蚀液各组分的配比影响磷化铟表面孪晶识别的效果，当各组分配比在本发明范围内时，使用本发明的腐蚀液进行腐蚀，具有较低的腐蚀掉量，磷化铟表面孪晶分布很容易识别；当腐蚀液中盐酸的体积百分比为40％～60％，双氧水的体积百分比为0％～10％，醋酸的体积百分比为30％～60％时，使用本发明的腐蚀液进行腐蚀，具有更低的腐蚀掉量，磷化铟表面孪晶分布很容易识别；当腐蚀液中盐酸的体积百分比为60％，双氧水的体积百分比为10％，醋酸的体积百分比为30％时，使用本发明的腐蚀液进行腐蚀，具有最低的腐蚀掉量，磷化铟表面孪晶分布很容易识别。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。