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去除外延用掺Fe磷化铟晶片表面Si残留的清洗方法.pdf
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1、 年 月云南化工 第 卷第 期 ,:去除外延用掺 磷化铟晶片表面 残留的清洗方法赵茂旭,刘汉保,韦华,杨春柳,孙清,赵兴凯,刘建良,杨绍楠,李晓宏(云南鑫耀半导体材料有限公司,云南昆明 )摘要:使用常规的清洗工艺清洗后磷化铟衬底晶片在外延后会出现迁移率低的表现,对缺陷的外延晶片进行分析,发现衬底与外延层界面 元素的含量较大。针对该问题提出了优化的清洗工艺,对常规的 清洗工艺进行浓度优化并使用两步清洗,以及在过程中增加柠檬酸溶液清洗来解决 元素的残留。对优化工艺前后晶片的氧化层厚度、晶片表面颗粒残留、晶片表面粗糙度、晶片的 和 谱图进行了对比分析,并对优化清洗工艺清洗的晶片表面和外延界面 元素含
2、量进行了测试,结果表明优化清洗工艺能明显提高晶片表面洁净度并降低晶片表面 元素的残留,最终解决由于 元素含量较高造成的外延迁移率低的问题。关键词:磷化铟晶片;迁移率低;高洁净表面;残留中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,):,:;引言磷化铟晶片是微电子和光电子领域器件的基础衬底材料,基于其制造的包括光模块器件、传感器件、射频器件等都有着广泛的应用和市场,全球尤其是中国对磷化铟晶片的需求每年都在增加 。而实现这些器件的制备需要在晶片表面进行外延工艺,在此工艺过程中,磷化铟晶片的表面质量决定了外延工艺的成败以及最终器件的质量 。常规的化合物半导体清洗,目前基本上采用的是较为成熟的 ()技术
3、,即 清洗体系(的混合溶液)。目前在磷化铟晶片的加工中,当磷化铟晶片完成抛光后,会使用化蜡剂对上蜡工艺后抛光完成的磷化铟晶片进行化蜡,然后使用 (左右的混合溶液)清洗液清洗去除晶片表面的部分重金属及有机物,随后使用热、冷硫酸快速清洗去除晶片表面较大的有机颗粒和金属化合物并使其衬底表面形成一定厚度的氧化层 。但此常规清洗工艺清洗后的磷化铟衬底表面的洁净度不够,表面杂质含量超标,尤其是对抛光工艺中由于抛光液带来的 元素残留的去除达不到较好的效果。而在半导体中电子在电场作用下产生漂移运动,迁移率是单位电场作用下载流子获得的运动速度,是表征材料中电子在电场作用下运动能力的物理量,直接决定了器件的工作速
4、度和最高频率。半导体中载流子在低温下主要受到缺陷和杂质的散射,高温下主要受到由原子晶格振动产生的声子的散射,散射越强迁移率越低。因此对于 掺杂 ,如果衬底和外延层界面的杂质 元素浓度高,便会使得外延晶片发生电特性异常,直观的表现就是迁移率低 。因此常规工艺对晶片表面含 元素微颗粒的去除不完全,会导致在衬底外延后出现迁移率低的表现,影响外延良率导致器件端出现异常。为了有效去除晶片表面含 元素残留,以获得高洁净表面,达到 要求,就需要有效解决外延中含 元素残留造成的迁移率低下的问题,以满足晶片外延的表面需求提高外延良率、保证器件端使用正常。通过对外延缺陷晶片分析提出了本文的解决方 年 月云南化工
5、第 卷第 期 ,案,即对清洗工艺的改进达到减少 元素残留的目的。残留导致的外延缺陷表现及分析使用 清洗工艺清洗自主生产的 英寸掺 磷化铟衬底晶片,在确保表面无明显缺陷后对衬底进行 外延后,经过 迁移率测试,外延片的迁移率出现异常,如图 所示。123456789 10 11 12 13020004000600080001000012000Mobility/(cm3/VsSample图 常规工艺清洗衬底的外延结果正常数据参考为样品(进口掺 磷化铟晶片),外延后晶片的迁移率需 ,异常晶片的迁移率只能达到 。对外延晶片进行 测试,结果如图 所示。测试结果表明,使用常规的清洗工艺清洗后,衬底和外延层界面
6、的 元素含量为 左右。相关文献报道,表面 残留降低一个数量级,迁移率会有明显的上升,因此要使得外延后的迁移率达到要求,需要对衬底表面的 元素含量进行严格的控制较少其残留量 。0100020003000400050000.00E+0005.00E+0171.00E+0181.50E+0182.00E+0182.50E+0183.00E+0183.50E+018Concentration/(atoms/cmDepth/nm3)图 常规工艺清洗衬底的表面与外延层界面 含量 实验方案设计及结果磷化铟晶片表面由于 氧化作用生成氧化膜,该氧化膜又被 腐蚀,腐蚀后立即又发生氧化,氧化和腐蚀反复进行,因此附着
7、在磷化铟衬底表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。而且由于磷化铟表面的氧化和腐蚀作用,磷化铟表面的金属杂质,也将随腐蚀层而进入清洗液中,并随去离子水的冲洗而被排除。再次使用碱性清洗容易是因为 的氧化作用,晶片表面的有机物可以分解成 、而被去除,以保证上一步所述的柠檬酸等有机物以及形成的颗粒得到有效去除 。而使用柠檬酸是由于柠檬酸盐的吸附作用,二氧化硅和磷化铟的 电位略有增加。柠檬酸被吸附在磷化铟衬底表面,导致这些表面上有更多的负电荷,由于表面之间的静电相互作用更加排斥,颗粒对衬底的附着力也随着柠檬酸浓度的增加而降低。因此柠檬酸的使用能够显著降低颗粒在磷化铟衬底表面的粘附 。经过对外延缺陷的分析,
8、晶片表面残留的 元素会导致衬底外延后出现迁移率低的缺陷。因此仅使用常规的 清洗液对衬底表面残留的 元素并不能进行有效的去除,因此在常规的 清洗工艺进行浓度优化并使用进行两步清洗,以及在过程中增加柠檬酸溶液清洗来解决 元素的残留。实验方案本文使用自主生产的 英寸掺 磷化铟衬底进行磷化铟衬底清洗实验,磷化铟衬底采用贴蜡工艺进行 化学机械抛光。经过抛光工艺加工后,对陶瓷盘加热后卸下晶片,然后使用化蜡剂对晶片表面的液体蜡残留进行去除后备用。通过以下工艺对晶片完成清洗:首先将精抛后的英寸掺 磷化铟衬底置于碱性清洗溶液中,碱性清洗溶液为氢氧化铵和过氧化氢的混和溶液,其中氢氧化铵溶液的质量分数 ,过氧化氢溶
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