化合物半导体晶片的制备方法

专利名称：化合物半导体晶片的制备方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体晶片(compound semiconductor wafer)的制备方法，特别是具有镜面效果的抛光晶片(polishing sliced wafer)的制备方法和抛光后晶片存放的新方法。所述“化合物半导体”指的是有如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或磷化镓(GaP)化合物的半导体。由多晶原材料，单晶通过晶体生长技术例如立式船(Vertical Boat，VB)方法、液体胶囊提拉法(Liquid-Encapsulated Czochralski，LEC)或水平布里奇法(Horizontal Bridgman，HB)来生长。单晶锭(single-crystal ingot)被切成薄片来制备“切成(as-cut)”晶片。这些产品通过如下程序制备完成预加工、抛光、清洗、检验/测量和最后的清洗程序，然后作为“镜面晶片”运输至设备制造商。
背景技术：
一种化合物半导体晶片制备方法如下使用单晶生长设备如LEC设备、HB设备或VB设备，由多晶原材料来生长圆柱形的单晶锭。不能生长成圆柱形的单晶锭被研磨成圆筒状。圆筒状的单晶锭沿一个垂直于它的轴的平面切片，使其成为具有恒定厚度的切成晶片。然后沿着晶片的圆周方向倾斜地刮削(shave)晶片的棱(ridgeline)。这称为倒角(chamfering)或斜面(beveling)。所得的晶片通过蚀刻-研磨(lapping)-蚀刻程序来处理。最初的蚀刻程序除去加工变形，接着的抛光程序使晶片达到预定厚度，最后的蚀刻程序是去除抛光带来的变形。最初的蚀刻程序可以省略。这样就可以制备出一种恒定厚度的具有斜面的晶片。上述程序在此被称为抛光预加工操作。
接下来，进行许多操作使切成晶片成为镜面晶片。根据传统方法的工艺流程在

图1(左边)和图2中进行了说明。在此几个过程集中起来定义成程序，一个程序指的是一系列的多个过程。怎样安排它们并不是固定的。在本发明中，根据发明者的喜好来分类。同样地，过程分类本身因所要达到的目的和具体操作的的人的不同而不同。
更通常的是不将过程和程序分开来解释。而且，虽然“过程(process)”经常作为一个比“程序(procedure)”范围更广的概念来使用，但是在本说明书中不是这样的。本发明中，为了方便解释，作为一个较小种类的过程将区别于作为一个较大种类的程序。
在此，所述的程序指的是如图1所示的五个程序抛光预加工程序(a)；抛光程序(b)；清洗程序(c)；检验/测量程序(d)；和最后的清洗程序(e)。单一的程序包括很多的过程。在词的尾部的“过程(加工)”、“操作”、“程序”将作为后缀存在或者不附加词尾。程序和过程不应被混淆。
(a)抛光预加工程序(抛光的准备程序)A.研磨-磨平切成晶片的任一个表面使之达到预定的厚度。有时，在这个程序之前可以用蚀刻来去除切片程序造成的变形。在此，最初的蚀刻过程可以省略。然后倾斜晶片以刮削晶片的棱，使其在对角上为平滑的。
B.蚀刻-去除研磨导致的加工变形(b)抛光程序(使用抛光设备抛光晶片的程序)C.在未抛光的表面上涂覆糊剂(paste)-将晶片的背面加热并且将流动的蜡在其上铺展开来，然后与抛光盘(polishing plate)粘贴。这是因为没有蜡晶片不会粘贴至抛光板上。使用蜡污染了晶片，并且这种污染物不容易去除，这是一个问题。
D.粘贴至抛光盘-将涂上蜡的晶片的背面粘贴至抛光盘上。在附图2中，四个晶片粘贴至一个抛光盘上。从外表上看，暴露在外部的表面是正面。所述的抛光盘是一个夹具(jig)，是一个上面安装有轴的园盘。根据尺寸的不同，有些适用于单个晶片，有些适用于多个晶片。温度降低时，蜡固化，晶片紧紧的固定在抛光盘上。
E.镜面抛光-将抛光盘的抛光面置于一个宽大的压盘(platen)上，所述压盘上贴合一块抛光布，通过在轴上施加压力，晶片紧紧压在压盘上。在加入一种抛光液体的同时，旋转压盘。在本发明中，举例说明的是单个的抛光盘在单个的压盘上的情况，但是多个抛光盘也可以置于抛光布上同时进行抛光。这样正面变得如镜面般光滑和平坦。
F.干燥-如附图2所示，粘贴在抛光盘上被抛光的晶片用净化水(purified water)简单清洗。接着在依然粘贴在抛光盘上时干燥。干燥在空气中进行(清洁室)，并且这项操作实际上会带来许多问题。因为空气中含有氧气，所以正面会被氧化。由于周围的空气，所以正面发生改变。不说别的，空气中的碎屑(颗粒)会自然地落下并粘结在晶片上。在半干的晶片正面上的污垢是不容易清除的。简而言之，由于抛光后的干燥过程中，颗粒粘结在正表面上并且表面发生改变和氧化导致晶片变质。
G.从抛光盘上剥离-晶片通过蜡牢牢地固定在抛光盘上。加热抛光盘使蜡熔化，用刮刀将晶片从抛光盘上揭下。晶片的正表面变得精致并且象镜面一样，背面则留下蜡的痕迹。
H.大气中存储-如图2所示，多个晶片收藏于一个储存盒(cassette)中，并将储存盒在大气中存放。
前述的C.-H.是抛光程序。由此得到正面抛光如镜面一般，背面粘结着蜡(有机化合物)的晶片。
(c)清洗程序(使用有机溶剂、碱(alkali)和净化水来清洗粘贴在晶片背面的蜡和粘结在正面的颗粒)I.有机溶剂清洗-晶片在如丙酮或乙醇的有机溶剂中清洗。去除背面的蜡，同时也去除了在正表面上粘结的污垢。由于晶片上粘贴着蜡，所以这个程序是必不可少的。
J.碱洗-使用苛性钠或类似物去除有机溶剂和正表面留下的氧化膜及污垢。
K.净化水清洗-使用净化水去除有机溶剂、碱和污垢。
L.有机溶剂蒸汽干燥-净化水或其他清洗用液体全部经快速气化，晶片被干燥。
过程I.-L.为清洗程序。这个程序对放入储存盒中的多个晶片逐步进行。通过这个程序，晶片变成有着干净正表面的镜面晶片。
(d)检验/测量程序(根据装运目标的规格进行检验/测量)M.正表面检验/计量-对晶片正表面进行显微镜观测和颗粒尺寸的计量。例如，可以计算直径是设定值或更大值的颗粒的数量。这样将制备出满足装运目标(设备生产商)规格的镜面晶片。通过上述测试的晶片按需要进行最后的清洗和装运。
(e)最后的清洗程序(已经通过检测的晶片最后的生产商端清洗)N.碱洗-用碱将粘结在晶片正表面的有机溶剂、有机物质和其他污染物去除。
O.净化水清洗-用净化水将有机溶剂，碱和污垢去除。
P.有机溶剂蒸汽干燥-净化水或其他清洗用液体全部经快速气化，晶片干燥。
通过上述方法制备得到镜面晶片，运至设备制造商。但是设备制造商不能就这样直接使用它们作为薄膜生长(thin-film growing)(层化)的基材。这是因为在包装和直至到达设备制造商的过程中，它们被氧化、污染和被粘结的颗粒弄脏。因此，在用于薄膜生长之前，制造商不得不对晶片进行蚀刻和清洗。
现有技术I.，日本公开专利申请H11-204471，“化合物半导体晶片的制备方法，”在抛光半导体晶片之后和干燥、清洗之前使用臭氧进行氧化。据说，1.5nm或更厚的氧化层是令人满意的。精加工氧化层导致晶片的氧化层上产生碎屑。接着使用碱液清洗来去除氧化层和产生的碎屑。由于去除了氧化层也去除了其上产生的碎屑，这就意味着正表面变得干净。
但是，当用碱清洗厚的氧化层时，晶片的正表面会出现粗糙的现象，这样就不再是一个镜面晶片。而且，可能发生如下情况将被碎屑污染后晶片氧化，从而在碎屑下方的晶片将不会被氧化。由于未氧化的区域不能被碱液清洗，所以碎屑依然会存在。尽管一个化合物半导体晶片在空气中会自然被氧化，但是氧化层较薄比较好。如果特意氧化，非常有趣的是可能会出现一种突发状况，得不到预期的效果。
按照抛光预加工程序(a)到最后的清洗程序(e)，制备出干净、如镜面般的晶片的程序完成了。上述程序中存在如下问题。
1.在紧随抛光程序的干燥程序F.中，颗粒粘结在晶片的正表面。当用水湿润后，外来杂质不容易从晶片上去除。重复清洗可以将颗粒的数量降低到一个程度，但是不能完全清除。
2.在抛光后的干燥程序F.中，由于暴露于空气中，晶片的正表面发生变化。
3.由于晶片用蜡粘贴在抛光盘上，因而会有有机物存留下来。当薄膜施于其上时，基材正表面上残留的有机物会产生负面影响。
4.为了除去残留的蜡，使用有机溶剂来清洗晶片。但是使用有机溶剂来完全清除蜡是很困难的。即使是增加清洗液甚至是使用多步清洗过程，有机物也不能完全清除。
5.过度使用有机溶剂会污染工作环境。处理来自有机溶剂的液体废物也是一个问题。
6.在设备制造商用来生长薄膜时，残留在晶片正表面之后的有机物和外来杂质导致不正常的生长。
7.由于存在不正常的生长，设备制造商(装运目标)不得不进行蚀刻和清洗。
发明详述本发明的一个目的是克服上述缺点，提供一种晶片制备方法，通过该方法不会使得到的晶片被加入的有机物如蜡污染。本发明的另一个目的是提供一种晶片的制备方法，其中有机溶剂的使用量减少而有助于环境保护。本发明的又一个目的是提供一种晶片的制备方法，使得不会产生引起质量恶化的因素，所述因素例如碎屑的粘结、氧化或者是改变，这是由于晶片抛光后在空气中干燥所引起的。本发明进一步的目的是提供一种晶片制备方法，使制得的晶片的清洁程度提高，不需要装运目标(设备制造商)再次清洗。
本发明制备一种化合物半导体晶片的方法的特征在于不使用一种有机粘合材料，晶片被吸附在吸附垫(adsorption pad)上进行镜面抛光，镜面抛光后的晶片存储在含有超纯净水的桶(vat)中。水中存储的晶片不需要用有机溶剂清洗，而用碱洗、净化水清洗，然后经过干燥即可制得干净且镜面抛光的晶片。
特别是，晶片被吸附在一个吸附垫上，丝毫不需要使用蜡或是其他有机粘合溶剂。这是一个特征。另一个特征是存储在水中，不再需要抛光干燥-因为不在空气中存放了，而是在水中存放。这两个特征，每一个都有突出的效果。
由于晶片的背面没有涂上蜡，因而不会被蜡污染。因此，不需要使用有机溶剂清洗。这对使得晶片正面不被污染是很有效的。一旦涂上蜡，即便用有机溶剂清洗，有机物质/成分也不容易去除。在本发明中，开始就不使用有机物，因而不需要用有机溶剂来清洗，用碱和净化水清洗就能使晶片足够干净。
另外，在水中存放也是具有划时代意义的。前面提到抛光后干燥中导致外来杂质质粘结在晶片上且晶片的正表面发生变质(alteration)，从而是有害的。在本发明中，由于不需要干燥的晶片存放在一个装有净化水的桶中，在干燥过程中晶片被污染的问题就不存在了。干燥中表面氧化/变质和外来杂质牢牢的粘结在晶片上这些问题也可能解决。本发明的存放方法真正不同寻常并且很突出。
在将晶片从抛光盘上移开时，也不需要克服加热和将晶片敲下带来的困难；通过喷水器冷却而将晶片取片或用一个刮刀取下。使用吸附垫是本发明的一个要求。
吸附垫本身是公知的，用于发展不用蜡的晶片抛光。有时也被称作“包装垫”或“模板”。它们是将薄的塑料多孔片用例如胶带粘结至一个例如抛光盘的金属夹具上。它们是平坦的柔性材料。将晶片粘结在吸附垫上，不需要使用有机粘合物如蜡。
有许多种类的垫子，但某些垫子使得晶片用水润湿后压在垫子上。经过抛光后，用一个刮刀将晶片分离。或者，可以加热垫子将晶片压上去。抛光后冷却，用一个刮刀将晶片移开。因为吸附垫相当柔顺，所以与晶片之间的结合比较轻。但是阻止晶片滑动的抓持力不如使用蜡的情况下大。因此，在抛光盘上形成了一个浅的晶片装配洞，所述装配洞的直径与晶片的尺寸大致相同，吸附垫安装在所述的晶片装配洞中。假定吸附垫的厚度为d，洞的深度为t，晶片的厚度为w，则满足d＜t＜d+w。装配洞满足晶片的圆周表面(d+w-t)超出洞的深度。因而，当抛光盘压在抛光压盘上，压盘旋转时，抛光盘上的晶片开始抛光。
已经描述了吸附垫。本发明使用一个吸附垫来制备不用蜡抛光的晶片。不用蜡抛光，尽管是一个新工艺(technology)，但是已经公知，并且吸附垫本身也不是新的。但是，如图1所示，使用传统的吸附垫抛光，需要抛光后干燥和空气中存放，这不可能克服碎屑粘在晶片上、表面被氧化和表面变质这些缺陷。干燥后粘结在水润湿晶片上的碎屑会成胶着状，难以去除。当设备建立在表面上时，其中的表面变化导致性能不一致。虽说表面氧化被碱处理去掉，但即便氧化膜可以被碱清洗掉，由于膜是厚的并且不均匀，所以还会出现锯齿状。
本发明是不用蜡而使用吸附垫抛光的晶片，并且晶片存放在水中，因而能显著地阻止晶片被污染、氧化和变质。因为晶片存放在水中，颗粒不会附着，表面不会被氧化，表面也不会变质，这是因为使用了吸附垫的缘故。
如果采用使用蜡的普通抛光，在从吸收盘上取下时，蜡会附着在晶片上。而如果将晶片存放在水中，则净化水将会被蜡污染。作为污染源的蜡会混合且分散在水中，晶片的表面最终会被污染。水中存放将会成为问题，因为会扩大污染。因此，当晶片是干净的并且未污染时，在水中存放比较好。使用一个吸附垫抛光得到的晶片允许存放在水中，且表现出优异的效果。
简而言之，将使用蜡抛光制得的晶片在水中存放时毫无意义的。水中存放的有效性源于不用蜡抛光。
通过上述结合附图的详细描述，本领域技术人员容易理解来本发明的前述和其他的目的、特征、外观和优点。
附图的简要说明图1是传统方法制备化合物半导体晶片的一系列过程与本发明制备化合物半导体晶片方法的一系列过程对比的简图。
图2是制备化合物半导体晶片的传统方法的一系列过程的透视图。
图3是本发明制备化合物半导体晶片的方法的一系列过程的透视图。
图4是测量根据化合物半导体晶片的传统制备方法和本发明的方法分别制备的60砷化镓(GaAs)晶片上表面外来杂质数的结果图。水平坐标是晶片样品的数目，垂直坐标是表面外来杂质的相对百分比，其中传统工艺的平均值被取为100％。相对值不是颗粒密度，而是整个晶片上的单个个体数。
图5是传统工艺和本发明工艺制备的60砷化镓晶片表面颗粒数的相对值的平均数(把传统工艺看作是100％)的简图。与传统工艺制备的晶片上的颗粒数相比，用本发明制得的晶片颗粒数平均值减少了大约一半。
图6是传统工艺和本发明工艺制备的60砷化镓晶片表面氧化层的平均厚度的简图。传统工艺制备的晶片的氧化膜的平均厚度为1.0nm，而用本发明工艺制备的晶片的氧化膜的平均厚度为0.7nm。氧化膜的平均厚度减少了0.3nm。
图7是在传统工艺制备的单晶片上准备P-N结合点并且在三个位置上测量的C-V特征的图。横坐标是使用的电压，纵坐标是电容(依赖值)。显然在三个位置的C-V特征是不一致的。
图8是在本发明工艺制备的单晶片上准备P-N结合点并且在三个位置上测量的C-V特征的图。横坐标是使用的电压，纵坐标是电容(依赖值)。显然在三个位置的C-V特征是一致的。
最佳实施方式本发明去除了由于粘贴在抛光盘上程序中使用有机化合物(蜡)而导致的最后的抛光程序(镜面抛光)。代替地，晶片使用了吸附垫。不需要化学溶剂清洗。由于晶片存放在水中，不会发生表面劣化如颗粒附着、氧化和变质。可以得到表面不被污染的晶片。使用图1和图3，相对于现有技术，解释了本发明晶片的制备方法。与传统方法相同的程序使用了相同的标记。
本发明程序(图1和图3)(a)抛光预加工程序(抛光的预备程序)A.研磨-将切成晶片的每个表面磨平至预定厚度。有时在此程序之前进行蚀刻以去除切片程序导致的变形。在本文中，开始的蚀刻程序被省略了。然后将晶片倾斜以刮削出棱。
B.蚀刻-去除研磨导致的变形。
(b)抛光程序(使用抛光装置抛光晶片的程序)(C.不使用蜡)D’.钉(tack)在吸附垫上-不使用蜡，将晶片的背面压并固定在一个吸附垫上，所述吸附垫粘结在抛光盘底部的凹口里，根据晶片的尺寸，凹口比晶片大0.2-0.8mm。所述的抛光盘上的“凹口”可能是这样形成的，例如，将一个含有比晶片尺寸大0.2-0.8mm的洞的模板贴合在吸附垫上。吸附垫粘贴进洞里，填满它。洞的高度小于晶片的厚度。抛光盘上的凹口也可以通过研磨盘的底面形成。0.2-0.8mm是晶片在凹口内的间隙。为了使晶片方便取出，这种余地还是需要的。由于晶片会滑动，凹口不能太大，这也是选择这个范围的原因。
图3中一个晶片放在单个的抛光盘上。根据尺寸需要，一些抛光盘是单个晶片的，一些是多个晶片的。由适当材料制备的具有光滑表面的吸附垫粘贴至抛光盘的背面，一个水润湿或加热的晶片压在上面，将晶片吸附至吸附垫上。不需要使用蜡。是否晶片需有加热或浸入水中，取决于吸附垫的性能。暴露在外面的表面是晶片的正面。抛光盘是一个夹具，是一个顶端安装有轴的园盘。
E.镜面抛光-将抛光盘的抛光面安装在一个宽大的压盘上，所述压盘上粘合一个抛光布，通过在轴上施加压力使晶片压在抛光盘上。当加入抛光液体时旋转压盘。在此，图中列举的是单个抛光盘在单个压盘上的例子，但是多个抛光盘也能够安装在抛光布上同时抛光。这样得到的正表面象镜面一样光滑和平坦。
(F.不需干燥)G’.从抛光盘上脱下-由于晶片仅仅通过水的作用粘结在多孔吸附垫上，在晶片上泼水或是冷却后用刮刀轻易就将晶片与吸附垫分离。得到的晶片正表面象镜面一样，背面也没有附着有机物，两个表面都没有被污染。
H’.水中存放-晶片存放在超净化的水中而不是放在空气中。如图3所示的放入一个存储器的多个晶片同时放入水中。本发明最惊人的进步就在于此。
用传统方法在空气中干燥时，空气中的灰尘和碎屑(称为颗粒)会附着在晶片上。尽管干燥是在清洁室中进行的，但是总是会有碎屑附着在晶片上，无论多么干净。这些碎屑会粘贴在晶片上。当碎屑粘贴在湿润的晶片表面上，水滴干燥后，碎屑会牢牢地附着在晶片上，不容易被去除。
另外，晶片的表面会被空气中的氧气和微量化学物质氧化和改变。因而在空气中干燥和存放是有氧化、变质和碎屑附着晶片的危险。本发明中，存放在超净化水消除了氧化和变质的危险。这是因为超净化水中不存在氧气和化学物质，也并没有可以附着的颗粒。作为一种存放方法，水中存放是没有缺点的。这是一个完美的方法，消除了上述提到的氧化、变质和碎屑附着在晶片上，本发明提供的这种方法非常的不同寻常并且具有划时代的意义。而且，将抛光后的晶片浸入水中的同时完全去除了抛光液体，同时还进行了清洗，污染可被进一步降低。
可能会出现这样的问题，即直到现在为什么水中存放不能管理。这可能是因为运输不方便。抛光程序以后，因为晶片必须转移至清洗程序，所以晶片必须插入一个存储器中而运送。在目前的条件下，除非空气不存在下，才能运送晶片。但是，通过水来运送水中存放的晶片是可能的，通过在水中工作的搬运者(conveyers)、在水中操作的臂以及浸入的臂的前端。本发明通过水运送晶片至随后的清洗程序。尽管水中运输机械必须是新的，但是因为一旦生产就会长期使用，所以成本的升高是暂时的。
前述程序D’.，E.，G’.，H’.是抛光程序，与传统实例相比，不存在使用蜡的程序C.。因此，晶片不会被蜡弄脏，也不再需要去除蜡的劳动了。空气干燥程序F.也可以省略。伴随空气干燥产生的问题碎屑附着、氧化和变质在本发明中一点也不存在。可以得到不被污染的晶片，其正表面镜面抛光，背面没有有机物附着。
(c)清洗程序(使用碱和净化水清洗附着在晶片正面和背面的颗粒)(I.不需要有机溶剂清洗)J.碱洗-使用苛性钠或类似物将正表面的氧化膜和污染物(颗粒)去除。
K.净化水清洗-使用净化水清洗碱液和污染物(颗粒)。
L.旋转干燥-将晶片置于一个旋转器上，通过高速转动旋转器使水在离心力的作用下飞出，晶片得到迅速干燥。由于是在离心力的作用下水份飞离，不会发生氧化和变质，也没有小颗粒附着在晶片上的危险。尽管在某种意义上是在空气中干燥，但是因为干燥很迅速，所以氧化、变质和碎屑积累的可能性可被消除。由于不会象现有技术那样有有机物附着在晶片上，所以不需要有机溶剂蒸汽干燥。
程序J.-L’是清洗程序，与现有技术相比，没有有机溶剂清洗I。这是本发明的优点之一。由于不使用蜡，所以不需要用有机溶剂去除蜡。减少有机溶剂的用量对环境保护有利并且改善了工作环境。这个程序可以与多个晶片置于一个存储器中同时进行。该程序以后，晶片变成正面不被污染的镜面抛光晶片。
(d)检验/测量程序(根据装运目标的规格检验/测量)M.正面检验/计量-显微镜观察晶片正表面，计量颗粒密度。例如，计算直径是一个固定值或更大的颗粒的数目。可以制备出符合装运目标规格的镜面晶片。经过测试的晶片进行最后的清洗和装运。这个程序与现有技术相同。
(e)最后的清洗程序(经过检验的晶片需进行生产商的最后的清洗)N.碱洗-用碱液清洗有机物和其他附着在正表面的污染物。
O.净化水清洗-用净化水将碱液和污染物去除。
P’.旋转干燥-晶片吸附在一个旋转器上，通过高速旋转去除水份来迅速干燥。
这个程序与现有技术相同。通过这种方法制备出镜面晶片，并在那种状态下装运送至设备生产商。通过晶片制造者在这点上的努力，晶片的正表面比用传统方法制备的更加干净。在设备制造商处，晶片可能作为薄膜生长的基材使用。在薄膜生长前，设备制造商不需要对晶片进行蚀刻和清洗，省略了繁琐的现有技术中的程序。这个程序对设备制造商大为有利。
实施例用本发明的方法制备4英寸砷化镓晶片和6英寸砷化镓晶片。将砷化镓锭切成园形，进行蚀刻和研磨。将这些晶片吸附在一个抛光盘上的吸附垫上，压在一个旋转的压盘上；当抛光液体在上面流动时，旋转压盘，晶片被抛光。
抛光后的晶片从吸附垫上移开，简单清洗不需干燥，将它们在超净水水中存放。然后经过碱洗、净化水洗和旋转干燥。根据装运目标的规格，进行检验和测量。接着进行碱洗、净化水清洗和旋转干燥。
由此制备出镜面晶片。镜面晶片在显微镜下测试。确定所得到的晶片是正面完全没有有机物残余、没有污染的镜面晶片，在象镜面一样的表面上没有变质和氧化膜以及附着的颗粒。
接下来，为了评估在设备制备商处的优势，在没有污染的镜面晶片上不用对薄膜生长进行预处理，薄膜可以直接在晶片(基材)上生长。分析晶片和薄膜之间外来杂质，确定在晶片的正面与薄膜之间不存在外来杂质残留。
为了对比，用传统方法(图1左侧；图2)制备砷化镓晶片。不进行传统工艺中的薄膜生长前的预处理程序(蚀刻、清洗)，直接在基材上进行薄膜生长。分析晶片和薄膜之间的外来杂质，确定有外来杂质残留。
本发明通过一个抛光盘而不使用蜡对晶片进行抛光，从抛光盘上取下的晶片不需要干燥在水中存放。因此省略了干燥程序，从而没有正面氧化、正面变质和碎屑附着的情况。由于不使用蜡，所以不存在有机物残留。因而本发明能制备出高质量、无污染的镜面晶片。使得在设备生产商处(装运目标)可以省略形成薄膜的预处理程序，如蚀刻和清洗。另外的优点是不会发生薄膜在传统方法中制备的晶片顶端时的不正常的生长。
正表面外来杂质数量的对照(图4和图5)分析用本发明方法(■)制备的60砷化镓晶片(经过最后的清洗程序(e))的正表面外来杂质数量(颗粒/晶片)和用传统方法(？)制备的60砷化镓晶片正表面外来杂质的数量。晶片接着晶片(wafer-by-wafer)分析得到的结论是图4中的线状图表(频率多边形)。横坐标是从1到60的晶片的数。横坐标是名义上的，因为此样品数在频率多边形上，与横坐标没有关系。纵坐标是传统方法制备的晶片正表面外来杂质的相对值(用百分比表示；100％是现有技术的水平)，其中正表面外来杂质的平均值为100。在用传统方法制备的晶片正表面外来杂质的平均值处绘制一条横线。同样，在用本发明方法制备的晶片正表面外来杂质的平均值处绘制一条横线。
用传统方法制备的晶片上的外来杂质更大。同样，外来杂质的波动也更大。8号颗粒数为222％，9号颗粒数为206％，7号颗粒数为203％，42号和37号的正表面外来杂质是140％。相反的，49号和53号的颗粒数是41％。
用本发明方法制备的外来杂质数(颗粒)是少量的，数量的变动也小。5、31、42、43、46和58号最小值是27％。39号的140％和54号的96％是发现的较大的杂质量。而且，整个的外来杂质含量小，波动也小。如图5所示，本发明制备的晶片正表面外来杂质的平均值是45％，这就意味着比传统方法降低了大于45％。正表面外来杂质的减少证明了本发明的优越性。
正表面氧化膜厚度对照(图6)对每个相同的60晶片样品精确测量正表面氧化膜的厚度。如图6所示，用传统方法制备的晶片正表面氧化膜的厚度为1.0nm。用本发明方法制备的晶片正表面氧化膜的厚度为0.7nm，这就意味着氧化膜的厚度减少了0.3nm。这是在水中存放的效果。由于晶片在水中存放后，在空气中取出干燥，所以正表面会如预计的那样有轻微的氧化。
C-V特征对照(图7和8)通过掺杂一个P型杂质在N型砷化镓晶片上，产生了P-N结合点，在单个晶片上选择中心角度为120度的三个点，在三个点上的P-N结合点的逆偏压来精确测量电容。用传统方法制备的砷化镓晶片的C-V特征如图7所示，用本发明方法制备的砷化镓晶片的C-V特征如图8所示。横坐标表示逆偏压(V)，纵坐标表示电容(依赖值)。
用传统方法的情况(图7)，P-N结合点的三个点中每一个点变化不一致。C的电压降低不均匀，在一个地方在两个阶段降低。降低也是不正常的小。即便是在一块晶片上，位置的不同，C-V特征变化也是不一致的。这表明正表面存在外来杂质，P-N结合点的厚度不一致。
用本发明方法的情况(图8)，P-N结合点的三个点中任何一个C表现出一个突然的降低2.2V。尽管是在不同的地方测试这三个点，但是C-V特征表现出惊人的相似。这意味着没有不均匀的性质，这也是一个突出的优点。
工业实用性(1)本发明中晶片吸附在吸附垫上无需使用蜡来抛光。晶片不需要去除蜡的程序。传统方法中，为了去除蜡，晶片在一种有机溶剂中清洗，有机溶剂会有残留。本发明的情况下，蜡及其类似的有机物从开始就没有使用，因而晶片没有被有机物弄脏。由于没有有机物附着在晶片上，不需要去除有机物。
(2)因为从开始就没有有机物污染，所以不需要用有机溶剂清洗。有机溶剂是有毒的，废液会污染环境。由于减少了有机溶剂的使用，因而本发明对环保是有利的。
(3)由于抛光后的晶片不需干燥，在净化水中存放，颗粒不会附着在正表面上，这使得表面不会被污染。
(4)由于抛光后的晶片不需干燥，在净化水中存放，不会发生正表面氧化或变质，这使得表面不受损害。
(5)正表面颗粒极少并且没有氧化的事实意味着在设备制造商处，不需要进行第二次蚀刻，碱洗和净化水洗。
(6)正表面颗粒极少并且没有氧化的事实意味着在晶片表面上生产的设备将会具有一致性和高质量。
权利要求
1.化合物半导体晶片的制备方法，特征在于所述化合物半导体晶片不使用有机物而是吸附固定在抛光盘上，而所述抛光盘结合有吸附垫，将晶片压在抛光压盘上进行抛光，在从抛光盘上取下后，不需干燥在净化水中进行水中存放。
2.根据权利要求1的化合物半导体晶片的制备方法，特征在于清洗在水中存放的晶片的清洗程序中不包括有机溶剂清洗。
3.根据权利要求1或2的化合物半导体晶片的制备方法，特征在于通过在吸附垫具有的光滑表面上滴水并将晶片压在吸附垫上，而利用水的表面张力将晶片紧固在吸附垫上。
4.根据权利要求1至3中任一项的化合物半导体晶片的制备方法，特征在于抛光时，在吸附垫上安装有模板，所述模板上具有比晶片直径大0.2-0.8mm的洞，将晶片固定在模板的洞中的吸附垫的表面上。
5.根据权利要求1至4中任一项的化合物半导体晶片的制备方法，特征在于水中存放的晶片清洗后进行旋转干燥。
6.根据权利要求1至5中任一项的化合物半导体晶片的制备方法，特征在于对薄膜生长，不需要进行预处理。
全文摘要
化合物半导体晶片的制备方法，其中颗粒附着、正表面氧化和变质是轻微的并且减少了有机溶剂的用量。吸附垫结合在抛光盘上，不需要使用蜡将晶片吸附在吸附垫上进行抛光后，不用干燥而存放在净化水中。由于在净化水中存放，所以颗粒附着、正表面氧化和变质变得轻微，从而可以得到高质量的晶片。在紧接着水中存放的清洗程序中，可以省略有机溶剂清洗。这使得使用/浪费有毒有机溶剂的数量减少。
文档编号H01L21/302GK1457507SQ02800537
公开日2003年11月19日 申请日期2002年3月1日 优先权日2001年3月6日
发明者冈本贵敏, 目崎义雄, 森本俊之 申请人:住友电气工业株式会社