专利名称：砷化镓表面化学腐蚀方法和化学腐蚀液的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体材料领域，具体涉及一种化学腐蚀处理III-V族化合物半导体材料砷化镓晶片表面的方法，及该方法使用的化学腐蚀液。
背景技术：
砷化镓(GaAs)是重要的III-V主族化合物半导体材料之一，砷化镓单晶晶片目前已成为重要的制造光电子、微波器件的基础材料，同时还大量应用于制造超高速集成电路(1C)。集成电路技术的发展也对晶片材料提出了更高的要求，获得良好表面质量的GaAs衬底晶片材料，对GaAs衬底的外延生长至关重要。GaAs衬底晶片的加工过程一般包括切害I]、磨边、研磨、抛光、清洗等加工工序，其中抛光、清洗的作用在于进一步提高晶片表面平整度、粗糙度和清洁度的质量，以满足后续外延生长的要求。GaAs晶片研磨后，可以进一步采用化学药液对其腐蚀，以提高其表面的平整度和粗糙度。当前实际使用或文献中可见的技术如下郑红军等探讨了不同体系成分，温度，腐蚀过程的吸放热对晶片均匀性的影响，提出了用氨水系列进行GaAs研磨片的化学腐蚀，晶片厚度均匀性11. 47%，为下步工艺提供了平整度较好的晶片，(郑红军，卜俊朋，尹玉华等，GaAs研磨片化学腐蚀均匀性的分析，功能材料与器件学报，2000，6 (4) :335)但该方法没有提供具体的腐蚀液配比及腐蚀操作的工艺参数，可操作性不强。吕菲等(吕菲，赵权，于妍等，VB-GaAs晶片翘曲度的控制方法，工艺技术与材料，2008，11 1000)通过比较不同体积配比的碱性腐蚀液，选用了 40%左右的碱性腐蚀液，温度控制在80°C以上，同时控制腐蚀时间和操作过程中的温度变化，有效降低了砷化镓研磨片的翘曲度，提高了加工的综合成品率，但该方法操作时温度不好控制，且容易增加碎片率。现有技术采用硫酸体系，以硫酸，双氧水，水为基本成份配制而成的溶液作为腐蚀液，研磨后的晶片预清洗后放入腐蚀液中腐蚀，之后冲水并甩干现有技术由于晶片腐蚀的速率较慢，因此腐蚀过程耗时较长，效率偏低。而且，现有腐蚀工艺由于腐蚀过程较长，因此腐蚀药液的前后温度变化不易控制，也容易产生背侵、背花等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种腐蚀效率高，工艺控制性能好的砷化镓晶片表面化学腐蚀方法。本发明同时提供一种化学腐蚀液。为实现上述目的，具体技术方案为一种对砷化镓晶片进行化学腐蚀的方法，包括以下步骤I)将砷化镓晶片使用金属清洗剂浸洗；
2)在氨水中浸洗；3)将砷化镓晶片放入化学腐蚀液中，在10 40°C的温度下腐蚀晶片表面；4)以去离子水冲洗晶片表面；5)干燥晶片。其中，所述步骤I)的金属清洗剂为碱性金属清洗剂水溶液，其质量浓度为10 50%，浸洗的时间为20 30分钟，浸洗的温度为60 70°C。其中，所述步骤2)使用质量浓度为5 20%的氨水溶液，浸泡时间5 10分钟后，使用去离子水冲洗。其中，所述步骤3)的腐蚀温度为25 35°C ;腐蚀时间为3秒至I分钟。其中，所述步骤3)的整个过程中所述化学腐蚀液相对于砷化镓晶片表面流动；所述步骤3)之后以去离子水冲洗晶片表面。其中，所述步骤4)使用去离子水溢流漂洗与快排冲水(QDR)相结合的方式冲洗晶片表面，冲洗时间为10秒至5分钟。其中，所述步骤4)之后再加以手动冲水的操作。其中，所述步骤5)的干燥，是在40 60°C温度下干燥30 60秒。一种用于对砷化镓晶片进行化学腐蚀的化学腐蚀液，由质量含量3. 2 20%的氨水、8. 3 33. 0%的双氧水和水组成。优选地，所述的化学腐蚀液是由质量含量10. 0 20. 0%的氨水、20 33. 0%的双氧水和水组成。本发明具有如下有益效果I、本发明着重于对研磨后晶片的表面处理，所使用的腐蚀液腐蚀速率快,腐蚀效率高，因而可缩短工序用时，节约人力成本。2、通过调整腐蚀时间，腐蚀液温度对晶片表面粗糙度进行合理控制，本发明可做到粗糙度范围Ra = 0. 29 ii m 0. 5 y m ;同样腐蚀条件下的现有技术Ra = 0. 48 y m I U m03、另外，本发明方法处理后的研磨晶片获得了良好的表面质量，可直接进行后续的晶片外延生长，在一定程度上省掉了一般加工流程中还需要进行的抛光和清洗工艺，节省了巨大的设备投资费用，也节约了能源和水资源的消耗。
具体实施例方式以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。 实施例中，粗糙度测试使用粗糙度测试仪(SURFCOM 480A,长度4mm，speed0. 6mm/sec);平整度测试使用平整度测试仪(美国CORNING TROPEL公司的Ultrasortl50型测试仪)。
实施例I6片厚度为260 270iim的2寸砷化镓(GaAs)晶片经研磨后放入晶片盒(Cassette),将装有晶片的Cassette先于质量浓度为20%的碱性金属清洗剂(北京东洋化工有限公司生产，浮油性清洗剂)水溶液中在50°C下浸置30分钟，再于15% (质量比)氨水中常温浸洗10分钟，之后将Cassette浸入按质量比例配制好的3. 2%氨水、8. 3%双氧水、其余为水的溶液中，在保持药液温度15°C下摇动10秒，之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽(QDR tank)中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒，并加以手动冲水5秒，之后将晶片放入晶片旋转干燥机(美国semitooiaOl型)中，用热氮气干燥，干燥温度40 60°C，干燥时间30 60秒。使用粗糙度和平整度测试对6片 晶片测试的结果是a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查，显示晶片背面均匀一致，亮度正常。b)粗糙度测得6片晶片背面5点粗糙度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。实施例26片厚度为250 260μπι的2寸砷化镓(GaAs)晶片经研磨后放入晶片盒(Cassette),将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度30 %)中于60°C浸置30分钟，再于5%氨水中常温浸洗10分钟，之后将Cassette放入按质量比配制好的10%氨水、20%双氧水、其余为水的溶液中，在保持药液温度20°C下浸摇20秒,之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒，并加以手动冲水5秒，之后将晶片放入晶片旋转干燥机中，用热氮气干燥，干燥温度40°C，干燥时间60秒。使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查，显示晶片背面均匀一致，亮度正常。b)粗糙度测得6片晶片背面5点粗糙度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。实施例36片厚度为240 250μπι的2寸砷化镓(GaAs)晶片经研磨后放入晶片盒(Cassette),将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度50% )中于70°C浸置30分钟，再于20%的氨水中常温浸洗10分钟，之后将Cassette放入按质量比配制好的15%氨水、30%双氧水、其余为水的溶液中，在保持药液温度30°C下浸摇25秒,之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗30秒，并加以手动冲水5秒，冲水后将晶片放入晶片旋转干燥机中，用热氮气干燥，干燥温度50°C，干燥时间50秒。使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查，显示晶片背面均匀一致，亮度正常。b)粗糙度测得6片晶片背面5点粗糙度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。实施例46片厚度为250 260 μ m的2寸神化嫁晶片经研磨后放入晶片盒，将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度30%)中于60°C浸置30分钟，再于15%的氨水中常温浸洗10分钟,之后将Cassette放入按质量比配制好的20%氨水、25%双氧水、其余为水的溶液中，在保持药液温度35°C下浸摇20秒，之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒，并加以手动冲水5秒，冲水后将晶片放入晶片旋转干燥机(美国semitool，101型)中，用热氮气干燥,干燥温度60°C,干燥时间30秒。
使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查，显示晶片背面均匀一致，亮度正常。b)粗糙度测得6片晶片背面5点粗糙度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。实施例56片厚度为250 260 μ m的2寸神化嫁晶片经研磨后放入晶片盒，将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度30%)中于60°C浸置30分钟，再于10%的氨水中常温浸洗10分钟，之后将Cassette放入按质量比配制好的20%氨水、33%双氧水、其余为水的溶液中，在保持药液温度40°C下浸摇20秒，之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒，并加以手动冲水5秒，冲水后之后将晶片放入晶片旋转干燥机(美国semitool，101型)中，用热氮气干燥，干燥温度50°C，干燥时间40秒。使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查，显示晶片背面均匀一致，亮度正常。b)粗糙度测得6片晶片背面5点粗糙度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。对比例6片厚度为250 260 μ m的2寸神化嫁晶片经研磨后放入晶片盒，将装有晶片的Cassette先于碱性金属清洗剂(质量浓度30%)中于60°C浸置30分钟,再于氨水中常温浸洗10分钟，之后将Cassette放入按质量比配制好的75%浓硫酸、4%双氧水、其余为水的腐蚀液中，在保持药液温度60°C下浸摇150秒，之后立即将Cassette置入溢流冲洗槽中，用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗10秒，并加以手动冲水5秒，冲水后之后将晶片放入晶片旋转干燥机(美国semitool，101型)中，用热氮气干燥,干燥温度50°C,干燥时间50秒。使用粗糙度和平整度测试对6片晶片测试的结果是a)腐蚀片于日光灯和显微镜下检查，显示晶片背面不够均匀，有明显背花痕迹，需修复。b)粗糙度测得6片晶片背面5点粗糙度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。
权利要求
1.一种对砷化镓晶片进行化学腐蚀的方法，包括以下步骤 1)将砷化镓晶片使用金属清洗剂浸洗； 2)在氨水中浸洗； 3)将砷化镓晶片放入化学腐蚀液中，在10 40°C的温度下腐蚀晶片表面； 4)以去离子水冲洗晶片表面； 5)干燥晶片。
2.如权利要求I所述的化学腐蚀的方法，其特征在于，所述步骤I)的金属清洗剂为碱性金属清洗剂水溶液，其质量浓度为10 50%，浸洗的时间为20 30分钟，浸洗的温度为60 70。。。
3.如权利要求I所述的化学腐蚀的方法，其特征在于，所述步骤2)使用质量浓度为5 20%的氨水溶液,浸泡时间5 10分钟后,使用去离子水冲洗。
4.如权利要求I所述的化学腐蚀的方法，其特征在于，所述步骤3)的腐蚀温度为25 350C ;腐蚀时间为3秒至I分钟。
5.如权利要求I 4任一所述的化学腐蚀的方法，其特征在于，所述步骤3)的整个过程中所述化学腐蚀液相对于砷化镓晶片表面流动；所述步骤3)之后以去离子水冲洗晶片表面。
6.如权利要求I 4任一所述的化学腐蚀的方法，其特征在于，所述步骤4)使用去离子水溢流漂洗与快排冲水相结合的方式冲洗晶片表面，冲洗时间为10秒至5分钟。
7.如权利要求I 4任一所述的化学腐蚀的方法，其特征在于，所述步骤4)之后再加以手动冲水的操作。
8.如权利要求I 4任一所述的化学腐蚀的方法，其特征在于，所述步骤5)的干燥，是在40 60°C温度下干燥30 60秒。
9.一种用于权利要求I 8任一所述对砷化镓晶片进行化学腐蚀的化学腐蚀液，由质量含量3. 2 20 %的氨水、8. 3 33. O %的双氧水和水组成。
10.如权利要求9所述的化学腐蚀液，其特征在于，是由质量含量10.O 20. 0%的氨水、20 33. O %的双氧水和水组成。
全文摘要
本发明提供了一种对砷化镓晶片进行化学腐蚀的方法，包括将砷化镓晶片使用金属清洗剂浸洗；在氨水中浸洗；将砷化镓晶片放入化学腐蚀液中，在10～40℃的温度下腐蚀晶片表面；以去离子水冲洗晶片表面；干燥晶片。本发明还提供了一种砷化镓晶片进行化学腐蚀的化学腐蚀液，由质量比3.2～20％的氨水、8.3～33.0％的双氧水和水组成。本发明通过有效的化学药液腐蚀工艺，去除机械加工工序所造成的晶片损伤层，消除晶片内部应力，制作满足外延生长背面粗糙度要求的晶片，得到背面均匀一致，无背侵，无背花的晶片。
文档编号C30B33/10GK102618936SQ20121007640
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者刘丽杰, 刘文森, 王晓文, 班冬青, 赵波 申请人:北京通美晶体技术有限公司