一種銻化鎵單晶片的鈍化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體材料的加工工藝，尤其是涉及一種銻化鎵單晶片的鈍化方法。
【背景技術】
[0002]GaSb (銻化鎵)是一種多用途的II1-V型半導體材料，GaSb與其他半導體材料的異質結在近紅外激光器、發光二極管、大氣污染探測器、熱-光電設備以及波長范圍2-5及8-14 μπι的光電探測器上表現出了良好的應用前景。此外，GaSb的晶格常數使它非常適于作為AlGaIn (鋁鎵銦)、AsSb (銻化砷)等三元或四元II1-V型半導體以及其他超晶格結構的外延生長表面。
[0003]GaSb化學性質非常活潑，極易于氧化，這使得銻元素在加工過程中傾向于生成天然氧化層，從而在原始GaSb表面產生了高密度表面態以及無發射的復合中心。而且氧化作用產生了單質銻元素層，其存在形成了一條與活性區域平行的導電通道，使得由此制得的半導體器件的電性能并不理想。
[0004]為了獲得表面性能良好的GaSb晶片，必須對晶片實施鈍化工藝，以保證平整的晶片表面不會在空氣中形成自然氧化層，并影響性能。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種銻化鎵單晶片的鈍化方法，該方法能在不損傷拋光獲得的平整晶面的情況下，在銻化鎵晶片表面獲得穩定的硫鈍化層，并阻止氧化層的形成。
[0006]為了達到上述目的，本發明采取的技術方案是:一種銻化鎵單晶片的鈍化方法，其特征在于，化學機械拋光之后，將載有銻化鎵單晶片的陶瓷盤取下，迅速使用去離子水對陶瓷盤進行噴淋，噴淋時間控制在10-30s ;噴淋結束后，將陶瓷盤直接浸入硫化銨溶液中；硫化銨溶液溫度為5-30°C ;硫化銨溶液用量為液面沒過銻化鎵單晶片表面5-10mm ;鈍化時長為20-120S ;鈍化工藝結束后將陶瓷盤取出，用去離子水沖洗，直至殘留的硫化銨溶液全部洗凈；用壓縮空氣吹干后，準備進行下一步的清洗工藝。
[0007]本發明的有益效果是:采用硫化銨溶液對拋光結束后的銻化鎵晶體表面進行鈍化處理，可以以較快的速率在晶片表面形成數個納米厚的硫化物鈍化層。這一硫化層分布均一，在空氣中化學性質穩定，不會與氧氣自發作用，在較長的時間尺度上保持了化學成分的固定，大大提高了成品銻化鎵晶片的表面電學性能。此外，硫化銨溶液的化學作用適中，不會破壞拋光工藝中形成的平整表面，經過鈍化的晶片表面，其表面粗糙度Ra仍可保持在Inm以內。
[0008]銻化鎵單晶片鈍化方法的作用原理:拋光后的銻化鎵晶體表面殘留著較多的拋光液，這些拋光液中的氧化成分將對晶片的表面形貌造成損傷，需要噴淋洗凈，同時水與空氣的共同作用將加速銻化鎵表面的自然氧化，為此選擇了一個較為合適的噴淋時間，使得兩者的不利影響得到了最大限度的限制；硫化銨是本發明精心選擇的鈍化劑，硫元素與銻和鎵鍵合較穩定，不會在空氣中自發氧化的化合物，且兩種硫化物均易于通過物理方式去除，在多種硫化劑中，硫化銨在保證表面質量的基礎上擁有最快的反應速率，配合鈍化工藝的溫度和時間，確保獲得了合適厚度的鈍化保護層。
【具體實施方式】
[0009]以下結合實施例對本發明作進一步說明:
銻化鎵單晶片的加工流程包括研磨、拋光、鈍化和清洗，本方法主要針對其中的鈍化步驟。首先將銻化鎵晶片研磨至均勻的厚度，并去除切片時的損傷；隨后將研磨好的銻化鎵單晶片清洗干凈，用石英蠟將銻化鎵單晶片均勻的粘貼在陶瓷載盤上并壓實，用酒精擦除陶瓷載盤及晶片表面多余的蠟，清洗干凈；然后利用堿性拋光液進行化學機械拋光。化學機械拋光之后，進入鈍化步驟。
[0010]1.鈍化液準備在直徑20cm的圓形水槽中，注入適量硫化銨溶液(濃度為21%)，將液面高度控制在沒過銻化鎵單晶片表面5-10mm。進行適當的加熱/冷卻，將硫化銨溶液的溫度控制在5_30°C。
[0011]2.鈍化工藝
化學機械拋光之后，將載有銻化鎵單晶片的陶瓷盤取下，迅速使用去離子水對陶瓷盤進行噴淋，噴淋時間應控制在10-30S。噴淋結束后不作干燥處理，將陶瓷盤直接浸入預先準備好的硫化銨溶液中，鈍化時長為20-120S，鈍化工藝結束后將陶瓷盤取出容器，用大量去離子水沖洗，直至殘留的硫化銨溶液全部洗凈。用壓縮空氣吹干后，準備進行下一步的清洗工藝。
[0012]實施例1
1.鈍化液準備
在直徑20cm的圓形水槽中，注入適量濃度為21%的硫化銨溶液，將液面高度控制在沒過銻化鎵單晶片表面5_。將硫化銨溶液的溫度控制在20°C。
[0013]2.鈍化工藝
化學機械拋光之后，將載有銻化鎵單晶片的陶瓷盤取下，迅速使用去離子水對陶瓷盤進行噴淋，噴淋時間應控制在10s。噴淋結束后不做干燥處理，將陶瓷盤直接浸入預先準備好的硫化銨溶液中，鈍化時長為120s，鈍化工藝結束后將陶瓷盤取出，用大量去離子水沖洗，直至殘留的硫化銨溶液全部洗凈。用壓縮空氣吹干后，準備進行下一步的清洗工藝。
[0014]經原子力顯微鏡測試，經過實施例1處理的GaSb晶片，其表面粗糙度Ra為0.96nm(原子力顯微鏡的掃描范圍為ΙΟμ??ΧΙΟμπ?)。
[0015]實施例2 1.鈍化液準備
在直徑20cm的圓形水槽中，注入適量濃度為21%的硫化銨溶液，將液面高度控制在沒過銻化鎵單晶片表面5_。將溶液的溫度控制在20°C。
[0016]2.鈍化工藝
化學機械拋光之后，將載有銻化鎵單晶片的陶瓷盤取下，迅速使用去離子水對陶瓷盤進行噴淋，噴淋時間應控制在15s。噴淋結束后不作干燥處理，將陶瓷盤直接浸入預先準備好的硫化銨溶液中，鈍化時長為90s，鈍化工藝結束后將陶瓷盤取出，用大量去離子水沖洗，直至殘留的硫化銨溶液全部洗凈。用壓縮空氣吹干后，準備進行下一步的清洗工藝。
[0017]經原子力顯微鏡測試，經過實施例2處理的GaSb晶片，其表面粗糙度Ra為0.65nm(原子力顯微鏡的掃描范圍為ΙΟμ??ΧΙΟμπ?)。
[0018]實施例3
I.鈍化液準備
在直徑20cm的圓形水槽中，注入適量濃度為21%的硫化銨溶液，將液面高度控制在沒過銻化鎵單晶片表面5_。將溶液的溫度控制在20°C。
[0019]2.鈍化工藝
化學機械拋光之后，將載有銻化鎵單晶片的陶瓷盤取下，迅速使用去離子水對陶瓷盤進行噴淋，噴淋時間應控制在15s。噴淋結束后不作干燥處理，將陶瓷盤直接浸入預先準備好的硫化銨溶液中，鈍化時長為30s，鈍化工藝結束后將陶瓷盤取出，用大量去離子水沖洗，直至殘留的硫化銨溶液全部洗凈。用壓縮空氣吹干后，準備進行下一步的清洗工藝。
[0020]經原子力顯微鏡測試，經過實施例3處理的GaSb晶片，其表面粗糙度Ra為0.49nm(原子力顯微鏡的掃描范圍為ΙΟμ??ΧΙΟμπ?)。
[0021]實施例3為本發明最佳實施例，因為其表面粗糙度Ra值相對最低。
【主權項】
1.一種銻化鎵單晶片的鈍化方法，其特征在于，化學機械拋光之后，將載有銻化鎵單晶片的陶瓷盤取下，迅速使用去離子水對陶瓷盤進行噴淋，噴淋時間控制在10-30S ;噴淋結束后，將陶瓷盤直接浸入硫化銨溶液中；硫化銨溶液溫度為5-30°C ;硫化銨溶液用量為液面沒過銻化鎵單晶片表面5-10mm ;鈍化時長為20_120s ;鈍化工藝結束后將陶瓷盤取出，用去離子水沖洗，直至殘留的硫化銨溶液全部洗凈；用壓縮空氣吹干后，準備進行下一步的清洗工藝。
【專利摘要】本發明公開了一種銻化鎵單晶片的鈍化方法。其步驟是：拋光之后將陶瓷盤取下，使用去離子水對陶瓷盤噴淋，噴淋時間在10-30s；噴淋后將陶瓷盤直接浸入硫化銨溶液中；溶液溫度為5-30℃；溶液用量為液面沒過銻化鎵單晶片表面5-10mm；鈍化時長為20-120s；鈍化結束后將陶瓷盤取出，用去離子水沖洗，用壓縮空氣吹干后，準備進行下一步的清洗工藝。采用硫化銨溶液對拋光結束后的銻化鎵晶體表面進行鈍化處理，可以以較快的速率在晶片表面形成數個納米厚的硫化物鈍化層。這一硫化層分布均一，在空氣中化學性質穩定，不會與氧氣自發作用，在較長的時間尺度上保持了化學成分的固定，大大提高了成品銻化鎵晶片的表面電學性能。
【IPC分類】H01L21/306
【公開號】CN105070655
【申請號】CN201510414951
【發明人】盧偉濤, 李暉, 徐永寬, 程紅娟
【申請人】中國電子科技集團公司第四十六研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月15日