專利名稱：降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法。
背景技術(shù)：
InP單晶具有高熱導(dǎo)率、高輻射阻抗、高電子飽和漂移速度等優(yōu)越性質(zhì)，適用于高速微波器件、光電集成電路以及衛(wèi)星和空間探測(cè)器用太陽能電池等。InP單晶作為襯底材料已在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如長波長(1. 3 1. 55um)發(fā)光二極管、激光器和探測(cè)器，毫米波異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)、高電子遷移率 晶體管(HEMT)和單片電路等。這些器件將是下一代寬帶網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域電子對(duì)抗、預(yù)警系統(tǒng)、高性能雷達(dá)、衛(wèi)星系統(tǒng)和精確制導(dǎo)武器等的關(guān)鍵部件。在HBT、HEMT等器件的制作中，要求InP單晶襯底具有好的表面平整度和高的電阻率，但是襯底表面的雜質(zhì)的存在，特別是殘留硅雜質(zhì)會(huì)使得其電阻率降低。硅在InP中作為淺施主會(huì)使襯底和外延層界面產(chǎn)生一層n型導(dǎo)電層，相當(dāng)于在器件中增加了一個(gè)寄生電容，降低了器件的運(yùn)行速率，從而影響外延器件的性能。為了提高InP基器件的性能，就要求降低襯底表面的硅雜質(zhì)濃度。硅雜質(zhì)的來源主要有三個(gè)一是來自實(shí)驗(yàn)室空氣中硅雜質(zhì)的沾污；二是來自清洗過程中的去離子水中的硅雜質(zhì)；三是來自化學(xué)機(jī)械拋光過程，拋光液中含有作為研磨劑的Si02。要去除硅雜質(zhì)就要從硅雜質(zhì)的來源去考慮去除的方法。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)InP單晶襯底表面的清洗主要是通過酸性腐蝕進(jìn)行腐蝕，傳統(tǒng)的酸性腐蝕流程可以有效去除表面的金屬雜質(zhì)，但是對(duì)于非金屬雜質(zhì)的去除沒有明顯效果。目前降低由硅雜質(zhì)引起的界面導(dǎo)電層的影響的方法主要有三種一是將InP襯底再磷化氫環(huán)境下高溫退火；二是在襯底表面外延生長摻鐵的InAlAs緩沖層；三是用三級(jí)丁氯(TBCl)進(jìn)行腐蝕清洗。但是這些方法都過于復(fù)雜，成本過高，并且很難達(dá)到預(yù)期效果。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法。該方法包括將襯底浸入酸性溶液中，保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的金屬雜質(zhì)；將襯底浸入堿性溶液中，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的非金屬雜質(zhì)，以及將經(jīng)過上述步驟處理后的襯底經(jīng)過去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈伞?三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法具有以下有益效果
(I)通過堿性溶液的清洗可以有效降低襯底表面的非金屬雜質(zhì)，尤其是硅雜質(zhì)的含量，提高襯底的表面質(zhì)量。(2)作為襯底材料要求其具有較高的平整度，經(jīng)過本發(fā)明方法的清洗處理可以有效去除襯底表面損傷，襯底表面粗糙度非常好，達(dá)到0. 366nm，滿足襯底開盒即用的效果。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度方法的流程圖；圖2A至圖2C為采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行去雜質(zhì)處理后襯底的飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜圖；圖3A至圖3C為采用圖1所示方法進(jìn)行去雜質(zhì)處理后襯底的飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。本發(fā)明的目的在于提出一種有效降低襯底表面的雜質(zhì)濃度的方法，從而降低外延器件中寄生電容的影響，改善器件的性能。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法。如圖1所示,該方法包括步驟A，對(duì)磷化銦單晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光；本實(shí)施例以磷化銦單晶片為例進(jìn)行說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，本實(shí)施例的方法同樣應(yīng)用于除磷化銦單晶芯片之外的其他襯底，如單晶硅襯底、藍(lán)寶石襯底、玻璃襯底或氧化鎂襯底等等。由于作為襯底材料要求去除單晶表面損傷層并要求具有很好的平整度和低的粗糙度，因此，需要對(duì)襯底進(jìn)行拋光。而需要說明的是，對(duì)于商用的一些襯底，其已經(jīng)是單面拋光和雙面拋光。對(duì)于這些襯底來講，本步驟可以省略。步驟B，將進(jìn)行拋光后的磷化銦單晶襯底浸入氫氟酸溶液中，保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的金屬雜質(zhì)；在本步驟中，氫氟酸溶液的濃度為10%，腐蝕時(shí)間為30s，腐蝕溫度為常溫，即15度至25度。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以選擇濃度范圍為1%-30%的氫氟酸溶液。需要說明的是，氫氟酸溶液的濃度越低，所需要的腐蝕時(shí)間越長。正常情況下的腐蝕時(shí)間介于15s-300s之間。此外，腐蝕溫度越高，腐蝕的效果越好，但該腐蝕溫度應(yīng)當(dāng)在氫氟酸溶液的凝固點(diǎn)至100度之間。步驟C，將去除金屬雜質(zhì)的磷化銦單晶襯底再浸入氫氧化鈉溶液中，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的非金屬雜質(zhì)；
在本步驟中，氫氧化鈉的濃度為10%，腐蝕時(shí)間為60s，腐蝕溫度為常溫，即15度至25度。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以選擇濃度范圍為1-30%的氫氧化鈉溶液。需要說明的是，氫氧化鈉溶液的濃度越低，所需要的腐蝕時(shí)間越長。正常情況下的腐蝕時(shí)間介于30s-300s之間。此外，腐蝕溫度越高，腐蝕的效果越好，但該腐蝕溫度應(yīng)當(dāng)在氫氧化鈉溶液的凝固點(diǎn)至100度之間。步驟D，將去除非金屬雜質(zhì)的磷化銦單晶襯底再浸入鹽酸中，保持第三預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除殘余金屬雜質(zhì)；在本步驟中，鹽酸的濃度為10%，腐蝕時(shí)間為30s，腐蝕溫度為常溫，S卩15度至25度。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以選擇濃度范圍為I %-30%的鹽酸溶液。需要說明的是，鹽酸的濃度越低，所需要的腐蝕時(shí)間越長。此外，腐蝕溫度越高，腐蝕的效果越好，但該腐蝕溫度應(yīng)當(dāng)在鹽酸的凝固點(diǎn)至100度之間。 步驟E，將經(jīng)過步驟D處理的磷化銦單晶襯底再浸入濃硫酸中，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面氧化層；在本步驟中，濃硫酸的濃度為96%，腐蝕時(shí)間為120s，腐蝕溫度為常溫，即15度至25度。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以選擇其他腐蝕溫度或者時(shí)間。需要說明的是，濃硫酸的濃度越低，所需要的腐蝕時(shí)間越長。此外，腐蝕溫度越高，腐蝕的效果越好，但該腐蝕溫度應(yīng)當(dāng)在鹽酸的凝固點(diǎn)至100度之間。步驟F，將經(jīng)過步驟E處理的磷化銦單晶襯底再浸入濃硫酸和過氧化氫的混合水溶液中，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間，以進(jìn)一步去除襯底表面氧化層和表面損傷；在本步驟中，濃硫酸的濃度為96%，過氧化氫的濃度為30%，其中其體積配比為H2SO4 H2O2 H2O = 7 I 1，腐蝕時(shí)間為120s，腐蝕溫度為常溫，即15度至25度。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以選擇其他配比度的該混合溶液。需要說明的是，濃硫酸和過氧化氫的濃度越低，所需要的腐蝕時(shí)間越長。此外，腐蝕溫度越高，腐蝕的效果越好，但是溫度過高會(huì)使過氧化氫揮發(fā)，建議腐蝕溫度不要超過50度。步驟G，將經(jīng)過上述步驟處理的磷化銦單晶經(jīng)過去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈煞庋b，以避免表面氧化和雜質(zhì)的沾污。至此，本實(shí)施例降低襯底表面殘留硅雜質(zhì)濃度方法介紹完畢。為驗(yàn)證本發(fā)明降低襯底表面殘留雜質(zhì)方法的雜質(zhì)去除效果，利用飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜(TOF-SIMS)測(cè)試分析了采用傳統(tǒng)方法與采用本實(shí)施例的方法磷化銦表面雜質(zhì)的變化，附圖為測(cè)試結(jié)果。其中，在傳統(tǒng)方法中，晶片沉底依次通過氫氟酸、鹽酸和硫酸的腐蝕清洗。圖2A和圖3A為質(zhì)量數(shù)1-100的測(cè)試圖譜，圖2B和圖3B為質(zhì)量數(shù)101-200的測(cè)試圖譜，圖2C和圖3C為質(zhì)量數(shù)201-300的測(cè)試圖譜。圖中橫坐標(biāo)為探測(cè)離子或離子團(tuán)質(zhì)量數(shù)，縱坐標(biāo)為探測(cè)強(qiáng)度，通過二次離子探測(cè)強(qiáng)度反應(yīng)濃度的變化。請(qǐng)參照?qǐng)D2A和圖3A，質(zhì)量數(shù)為28的探測(cè)峰Si元素對(duì)應(yīng)的探測(cè)強(qiáng)度，其中，在圖2A中，該峰的強(qiáng)度為0. 7X IO5 ;在圖2B中，該峰的高度為0. 2X105。通過比較圖2A和圖3A可以發(fā)現(xiàn)，硅雜質(zhì)的濃度明顯降低。這是因?yàn)闅浞岷蜌溲趸c溶液可與硅發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為氣體和可溶物，腐蝕后經(jīng)過清洗可有效去除。其反應(yīng)式分別為Si02+4HF = SiF4 f +2H20Si02+2Na0H+H20 = Na2Si03+2H20
圖2B和圖3B為磷化銦襯底中銦元素的兩個(gè)衍射峰。請(qǐng)參照?qǐng)D2A和圖3A，從圖中發(fā)現(xiàn)襯底表面的有機(jī)雜質(zhì)主要有C3H5、C4H12N、C19H32N,其質(zhì)量數(shù)分別對(duì)應(yīng)41、74、274。比較圖2C和圖3C可發(fā)現(xiàn)，有機(jī)雜質(zhì)有不同程度的降低，特別是C19H32N,在圖2C中其探測(cè)強(qiáng)度為0. 6X 105，經(jīng)過本實(shí)施例方法處理后其可完全去除。表明本實(shí)施例方法可以有效的去除襯底表面的有機(jī)雜質(zhì)。另外通過測(cè)試結(jié)果可發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理的晶片沉底表面的主要氧化物為In20H。此外，為了驗(yàn)證本發(fā)明降低襯底表面殘留雜質(zhì)方法對(duì)襯底表面粗糙度的影響，對(duì)經(jīng)過處理的襯底進(jìn)行了三圍光學(xué)輪廓儀測(cè)試。測(cè)試表明，磷化銦單晶表面粗糙度無明顯改變，其先前的粗糙度為0. 484nm，處理后的粗糙度為0. 366nm?？梢?，本發(fā)明降低襯底表面殘留硅雜質(zhì)方法不會(huì)對(duì)表面質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，保證了襯底符合開盒即用的要求。
需要說明的是，上述對(duì)各元件的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)或形狀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡單地熟知地替換，例如(I)可以將該腐蝕流程中腐蝕順序進(jìn)行改變；(2) NaOH溶液可以用KOH等堿性溶液來代替。綜上所述，本發(fā)明通過對(duì)酸性腐蝕流程進(jìn)行改進(jìn)，加入能與硅雜質(zhì)反應(yīng)的堿性腐蝕液，可明顯降低InP襯底表面殘留硅雜質(zhì)的濃度，從而達(dá)到器件所要求的范圍，提高了磷化銦基器件的性能。此外，本發(fā)明工藝簡單，對(duì)設(shè)備要求低，效果穩(wěn)定，操作方便，并且成本很低，適用于大量生產(chǎn)過程。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法，其特征在于，包括將襯底浸入酸性溶液中，保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的金屬雜質(zhì)；將襯底浸入堿性溶液中，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的非金屬雜質(zhì)；以及將經(jīng)過上述步驟處理后的襯底經(jīng)過去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈伞?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將襯底浸入堿性溶液中，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間的步驟中所述堿性溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氫氧化鈉溶液的濃度介于I%至30 % 之間，所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間介于15s至300s之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述氫氧化鈉溶液的濃度為10%，所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間為30s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將襯底浸入酸性溶液中，保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間的步驟中所述酸性溶液為氫氟酸溶液，該氫氟酸溶液的濃度介于1%至30%之間； 所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間介于15s至300s之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述氫氟酸溶液的濃度為10%，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間為30s。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述將襯底浸入堿性溶液中，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間的步驟之后還包括將襯底浸入鹽酸中，保持第三預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的殘余的金屬雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述將襯底浸入鹽酸中，保持第三預(yù)設(shè)時(shí)間的步驟中所述鹽酸的濃度介于1%至30%之間；所述第三預(yù)設(shè)時(shí)間介于15s至300s之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述鹽酸的濃度為10%，所述第三預(yù)設(shè)時(shí)間為30s。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述將襯底浸入堿性溶液中，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間的步驟之后還包括將襯底浸入濃硫酸中，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面氧化層；將襯底再浸入濃硫酸和過氧化氫的混合水溶液中，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間，以進(jìn)一步去除襯底表面氧化層和表面損傷。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述將襯底浸入濃硫酸中，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間的步驟中，所述濃硫酸的濃度為96%，腐蝕時(shí)間為120s ；所述將襯底再浸入濃硫酸和過氧化氫的混合水溶液中，保持第五預(yù)設(shè)時(shí)間的步驟中， 所述混合水溶液的體積配比為濃H2SO4 H2O2 H2O = 7 I I，其中，濃H2SO4的濃度為 96%, H2O2的濃度為30%。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述襯底為單面拋光或雙面拋光的磷化銦單晶襯底、單晶硅襯底、藍(lán)寶石襯底、玻璃襯底或氧化鎂襯底。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法。該方法包括將襯底浸入酸性溶液中，保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的金屬雜質(zhì)；將襯底浸入堿性溶液中，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，以去除襯底表面的非金屬雜質(zhì)，以及將經(jīng)過上述步驟處理后的襯底經(jīng)過去離子水清洗，然后用氮?dú)獯蹈?。本發(fā)明降低襯底表面殘留雜質(zhì)濃度的方法通過堿性溶液的清洗可以有效降低襯底表面的非金屬雜質(zhì)，尤其是硅雜質(zhì)的含量，從而提高襯底的表面質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103021833SQ20121056471
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者劉京明, 趙有文, 王鳳華, 楊鳳云 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所