一种真空低温湿法刻蚀方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体激光二极管（LD)及光电二极管（PD)和发光二极管（LED)芯片 制造领域，尤其涉及一种真空低温湿法刻蚀方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在高速直接调制的激光器的设计与制作中，所采用的材料体系包括 InGaAsP，InGaAs/InGaAlAs/InP和InGaAs/GaAs等.大部分高速半导体激光器所采用的 是InGaAsP材料体系，并采用了双沟掩埋型和脊背型结构，并使用多次M0CVD外延生长技 术.因此，在半导体激光器芯片工序中其核心技术是如何获得稳定的双沟掩埋型或脊背型 结构的微米级外型尺寸及材料表面形态，将直接影响到多次M0CVD材料外延生长品质和半 导体激光器的工作特性.目前在半导体激光芯片工序中，行业内大量采用人工化学湿法刻 蚀方法来刻蚀双沟掩埋型或脊背型结构.并且，在整个芯片工序中多次使用人工化学湿法 刻蚀工序.
[0003] 在LD芯片工序中、又大体分为成膜、光刻、刻蚀三大工艺。刻蚀工艺包括湿法刻蚀 和干法刻蚀，湿法刻蚀是通过对对象材料（各种外延晶体结构层）与药液之间的化学反应 对对象材料进行刻蚀；干法刻蚀主要是指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基 与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用进行刻蚀。经过刻蚀工艺将光刻工程、显影后 没有被光阻覆盖的膜层部分去除，最终形成需要的立体工艺图形。
[0004] 在LD芯片工序中，化学湿法刻蚀用来对基板上的各种成份配比的组合 层如（InGaAsP/InP，AlGaInAs/InP) (InGaAsP/InP，InGaAsP/InP/AlInAs) (InGaAs/ InP,AlGalnAs/InP) (InGaAsP/InP,AlGalnAs/InP,InGaAsP/InP/AlInAs)各种复合层及 Si02、SiN4层进行刻蚀.对于不同产品考虑到线宽尺寸以及光波导等方面的问题，同一功 能膜层会使用不同的金属外延层元素的配比及厚度来外延成膜，以求达到最佳的光电学 性质，这样对于各种复合外延晶体膜层的刻蚀提出了更高的要求，尽可能采用分层次分化 学刻蚀液来完成逐层刻蚀。
[0005]目前在LD芯片工序中主要使用的化学湿法刻蚀液是含不同浓度的化学复配原料 组成8(^:!120=(1:1-1:7)水溶液.!12504:!1202:!120(10:1:1)和一定比例的阶溶于甲 醇配制的刻蚀液.其中Β0Ε是由氢氟酸和氟化铵、按不同比例配制而成.沸点在18度，极 容易挥发吸水.同时用溴配制的甲醇溶液，沸点（58. 8度）低、易挥发、在不稳定的环境气 氛和温度、湿度条件下易造成工艺过程中刻蚀液浓度发生变化.加上由于刻蚀时间短以秒 为单位将直接反映在湿法刻蚀速率发生跳跃性变化，引发生产工艺不稳定.特别在LD芯 片光波导的刻蚀制程中，波导深度和宽度这二个微米结构尺寸的技术指标难以控制.造成 产品报废及良品率下降，目前只有靠人工操作分阶段逐层进行刻蚀和测量比对，生产周期 长，并且受到操作人员的人为主观判断因素影响.造成产品不能大量生产及良品率无法控 制、波动大等一系列阻碍生产的工艺难点及生产瓶颈。
[0006] 如何使用全自动刻蚀装备来解决半导体激光芯片工序中、人工湿法刻蚀方法对工 艺控制的难点
【发明内容】
[0007] 本发明提供的技术方案是一种真空低温湿法刻蚀设备及方法。本发明的半导体芯 片制作方法是将需刻蚀的晶圆芯片、第一步先经真空芯片表面形态预处理装置去除芯片表 面吸咐的大气有机物、第二步进入真空芯片表面溶剂浸透预处理装置将湿法刻蚀液使用的 溶剂在真空低温状态下充分地进行表面浸透处理、第三步进入真空低温化学湿法刻蚀系统 按所编程序、对晶圆上芯片进行真空低温化学湿法刻蚀、第四步将刻蚀后的晶圆进入全自 动清洗装置中对其表面充分清洗去除残余刻蚀液、第五步将晶圆送入至热氮气烘干装置对 其表面进行干燥、第六步完成刻蚀后的晶圆自动进入无尘晶圆盒中。其中化学刻蚀液自动 混配装置和机械手运输晶圆等辅助系统充分保证工艺过程的稳定性和重复性。
[0008] 此发明的意义在于解决了长期以来困扰半导体激光芯片工序中、化学湿法刻蚀工 艺不稳定和良品率低、人工操作无法使用机械装置或设备来完成的工序瓶颈，有利于缩短 工艺时间及对产品光波导技术指标的控制能力、更适合半导体激光芯片的批量化生产。
[0009] 具体设备和加工方法为：
[0010] 1)、真空低温湿法刻蚀设备
[0011] 如示意图（一）所示，为一种新型的真空低温湿法刻蚀系统结构示意图，主要包 括：真空芯片表面形态预处理装置（111)、真空芯片表面溶剂浸透预处理装置（112)、真空 低温化学湿法刻蚀系统（211)、全自动清洗装置（311)、热氮气烘干装置（412)、刻蚀后的晶 圆自动进入无尘晶圆盒（411)、化学刻蚀液自动混配装置（212)供给存储设备（213)及晶圆 真空室之间转运装置（511)和相关辅助配套控制系统所组成。真空低温湿法刻蚀系统有两 种工作模式，一种为浸泡模式，一种为喷射模式，两种模式可以通过真空低温湿法刻蚀系 统自身的可编程逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController)系统进行工作模式 转换。
[0012] 2)、真空低温湿法刻蚀工艺
[0013] 当湿法刻蚀系统工作于喷射模式时，化学刻蚀液自动混配装置（212)将刻蚀液供 给存储设备（213)由专门化设计的喷射装置（211a)按所编程序对晶圆表面进行真空低温 湿法刻蚀制程。
[0014] 当湿法刻蚀系统工作于浸泡模式时，化学刻蚀液自动混配装置（212)将刻蚀液供 给存储设备（213)由专门化程序设计的快速恒温变流速装置（211d)将刻蚀液输入到真空 低温湿法刻蚀系统（211)中，晶圆被夹持在工具上浸泡在恒温，恒浓度比的刻蚀液中，按所 编程序对晶圆（211b)进行水平可变速正反转旋转和上下移动，完成模拟人工操作方式对 晶圆进行真空低温化学湿法刻蚀。
[0015] 由于在2)中严格按所编程序来控制刻蚀时间