一种锑化镓单晶片的钝化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体材料的加工工艺，尤其是涉及一种锑化镓单晶片的钝化方法。
【背景技术】
[0002]GaSb (锑化镓)是一种多用途的II1-V型半导体材料，GaSb与其他半导体材料的异质结在近红外激光器、发光二极管、大气污染探测器、热-光电设备以及波长范围2-5及8-14 μπι的光电探测器上表现出了良好的应用前景。此外，GaSb的晶格常数使它非常适于作为AlGaIn (铝镓铟)、AsSb (锑化砷)等三元或四元II1-V型半导体以及其他超晶格结构的外延生长表面。
[0003]GaSb化学性质非常活泼，极易于氧化，这使得锑元素在加工过程中倾向于生成天然氧化层，从而在原始GaSb表面产生了高密度表面态以及无发射的复合中心。而且氧化作用产生了单质锑元素层，其存在形成了一条与活性区域平行的导电通道，使得由此制得的半导体器件的电性能并不理想。
[0004]为了获得表面性能良好的GaSb晶片，必须对晶片实施钝化工艺，以保证平整的晶片表面不会在空气中形成自然氧化层，并影响性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种锑化镓单晶片的钝化方法，该方法能在不损伤抛光获得的平整晶面的情况下，在锑化镓晶片表面获得稳定的硫钝化层，并阻止氧化层的形成。
[0006]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是:一种锑化镓单晶片的钝化方法，其特征在于，化学机械抛光之后，将载有锑化镓单晶片的陶瓷盘取下，迅速使用去离子水对陶瓷盘进行喷淋，喷淋时间控制在10-30s ;喷淋结束后，将陶瓷盘直接浸入硫化铵溶液中；硫化铵溶液温度为5-30°C ;硫化铵溶液用量为液面没过锑化镓单晶片表面5-10mm ;钝化时长为20-120S ;钝化工艺结束后将陶瓷盘取出，用去离子水冲洗，直至残留的硫化铵溶液全部洗净；用压缩空气吹干后，准备进行下一步的清洗工艺。
[0007]本发明的有益效果是:采用硫化铵溶液对抛光结束后的锑化镓晶体表面进行钝化处理，可以以较快的速率在晶片表面形成数个纳米厚的硫化物钝化层。这一硫化层分布均一，在空气中化学性质稳定，不会与氧气自发作用，在较长的时间尺度上保持了化学成分的固定，大大提高了成品锑化镓晶片的表面电学性能。此外，硫化铵溶液的化学作用适中，不会破坏抛光工艺中形成的平整表面，经过钝化的晶片表面，其表面粗糙度Ra仍可保持在Inm以内。
[0008]锑化镓单晶片钝化方法的作用原理:抛光后的锑化镓晶体表面残留着较多的抛光液，这些抛光液中的氧化成分将对晶片的表面形貌造成损伤，需要喷淋洗净，同时水与空气的共同作用将加速锑化镓表面的自然氧化，为此选择了一个较为合适的喷淋时间，使得两者的不利影响得到了最大限度的限制；硫化铵是本发明精心选择的钝化剂，硫元素与锑和镓键合较稳定，不会在空气中自发氧化的化合物，且两种硫化物均易于通过物理方式去除，在多种硫化剂中，硫化铵在保证表面质量的基础上拥有最快的反应速率，配合钝化工艺的温度和时间，确保获得了合适厚度的钝化保护层。
【具体实施方式】
[0009]以下结合实施例对本发明作进一步说明:
锑化镓单晶片的加工流程包括研磨、抛光、钝化和清洗，本方法主要针对其中的钝化步骤。首先将锑化镓晶片研磨至均匀的厚度，并去除切片时的损伤；随后将研磨好的锑化镓单晶片清洗干净，用石英蜡将锑化镓单晶片均匀的粘贴在陶瓷载盘上并压实，用酒精擦除陶瓷载盘及晶片表面多余的蜡，清洗干净；然后利用碱性抛光液进行化学机械抛光。化学机械抛光之后，进入钝化步骤。
[0010]1.钝化液准备在直径20cm的圆形水槽中，注入适量硫化铵溶液(浓度为21%)，将液面高度控制在没过锑化镓单晶片表面5-10mm。进行适当的加热/冷却，将硫化铵溶液的温度控制在5_30°C。
[0011]2.钝化工艺
化学机械抛光之后，将载有锑化镓单晶片的陶瓷盘取下，迅速使用去离子水对陶瓷盘进行喷淋，喷淋时间应控制在10-30S。喷淋结束后不作干燥处理，将陶瓷盘直接浸入预先准备好的硫化铵溶液中，钝化时长为20-120S，钝化工艺结束后将陶瓷盘取出容器，用大量去离子水冲洗，直至残留的硫化铵溶液全部洗净。用压缩空气吹干后，准备进行下一步的清洗工艺。
[0012]实施例1
1.钝化液准备
在直径20cm的圆形水槽中，注入适量浓度为21%的硫化铵溶液，将液面高度控制在没过锑化镓单晶片表面5_。将硫化铵溶液的温度控制在20°C。
[0013]2.钝化工艺
化学机械抛光之后，将载有锑化镓单晶片的陶瓷盘取下，迅速使用去离子水对陶瓷盘进行喷淋，喷淋时间应控制在10s。喷淋结束后不做干燥处理，将陶瓷盘直接浸入预先准备好的硫化铵溶液中，钝化时长为120s，钝化工艺结束后将陶瓷盘取出，用大量去离子水冲洗，直至残留的硫化铵溶液全部洗净。用压缩空气吹干后，准备进行下一步的清洗工艺。
[0014]经原子力显微镜测试，经过实施例1处理的GaSb晶片，其表面粗糙度Ra为0.96nm(原子力显微镜的扫描范围为ΙΟμ??ΧΙΟμπ?)。
[0015]实施例2 1.钝化液准备
在直径20cm的圆形水槽中，注入适量浓度为21%的硫化铵溶液，将液面高度控制在没过锑化镓单晶片表面5_。将溶液的温度控制在20°C。
[0016]2.钝化工艺
化学机械抛光之后，将载有锑化镓单晶片的陶瓷盘取下，迅速使用去离子水对陶瓷盘进行喷淋，喷淋时间应控制在15s。喷淋结束后不作干燥处理，将陶瓷盘直接浸入预先准备好的硫化铵溶液中，钝化时长为90s，钝化工艺结束后将陶瓷盘取出，用大量去离子水冲洗，直至残留的硫化铵溶液全部洗净。用压缩空气吹干后，准备进行下一步的清洗工艺。
[0017]经原子力显微镜测试，经过实施例2处理的GaSb晶片，其表面粗糙度Ra为0.65nm(原子力显微镜的扫描范围为ΙΟμ??ΧΙΟμπ?)。
[0018]实施例3
I.钝化液准备
在直径20cm的圆形水槽中，注入适量浓度为21%的硫化铵溶液，将液面高度控制在没过锑化镓单晶片表面5_。将溶液的温度控制在20°C。
[0019]2.钝化工艺
化学机械抛光之后，将载有锑化镓单晶片的陶瓷盘取下，迅速使用去离子水对陶瓷盘进行喷淋，喷淋时间应控制在15s。喷淋结束后不作干燥处理，将陶瓷盘直接浸入预先准备好的硫化铵溶液中，钝化时长为30s，钝化工艺结束后将陶瓷盘取出，用大量去离子水冲洗，直至残留的硫化铵溶液全部洗净。用压缩空气吹干后，准备进行下一步的清洗工艺。
[0020]经原子力显微镜测试，经过实施例3处理的GaSb晶片，其表面粗糙度Ra为0.49nm(原子力显微镜的扫描范围为ΙΟμ??ΧΙΟμπ?)。
[0021]实施例3为本发明最佳实施例，因为其表面粗糙度Ra值相对最低。
【主权项】
1.一种锑化镓单晶片的钝化方法，其特征在于，化学机械抛光之后，将载有锑化镓单晶片的陶瓷盘取下，迅速使用去离子水对陶瓷盘进行喷淋，喷淋时间控制在10-30S ;喷淋结束后，将陶瓷盘直接浸入硫化铵溶液中；硫化铵溶液温度为5-30°C ;硫化铵溶液用量为液面没过锑化镓单晶片表面5-10mm ;钝化时长为20_120s ;钝化工艺结束后将陶瓷盘取出，用去离子水冲洗，直至残留的硫化铵溶液全部洗净；用压缩空气吹干后，准备进行下一步的清洗工艺。
【专利摘要】本发明公开了一种锑化镓单晶片的钝化方法。其步骤是：抛光之后将陶瓷盘取下，使用去离子水对陶瓷盘喷淋，喷淋时间在10-30s；喷淋后将陶瓷盘直接浸入硫化铵溶液中；溶液温度为5-30℃；溶液用量为液面没过锑化镓单晶片表面5-10mm；钝化时长为20-120s；钝化结束后将陶瓷盘取出，用去离子水冲洗，用压缩空气吹干后，准备进行下一步的清洗工艺。采用硫化铵溶液对抛光结束后的锑化镓晶体表面进行钝化处理，可以以较快的速率在晶片表面形成数个纳米厚的硫化物钝化层。这一硫化层分布均一，在空气中化学性质稳定，不会与氧气自发作用，在较长的时间尺度上保持了化学成分的固定，大大提高了成品锑化镓晶片的表面电学性能。
【IPC分类】H01L21/306
【公开号】CN105070655
【申请号】CN201510414951
【发明人】卢伟涛, 李晖, 徐永宽, 程红娟
【申请人】中国电子科技集团公司第四十六研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月15日