一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法与流程

1.本发明半导体材料生产技术领域，尤其涉及一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法。


背景技术：

2.继si、砷化镓(gaas)之后，磷化铟(inp)已成为光电器件和微电子器件不可或缺的半导体材料，它是由ⅲ族元素铟(in)和
ⅴ
族元素磷(p)化合而成的。它具有si、ge不具有的优越特性，inp的禁带宽度在1.4ev附近，具有较大的禁带宽度、电子迁移率高等优点。因此磷化铟(inp)可以用于制成高转化效率的太阳能电池、inp基激光二极管、高频器件等方面。但是由于其制作过程的工艺性问题，在同等面积下inp抛光片要比gaas贵3-5倍。因此优化磷化铟的晶片生产工艺成为提高磷化铟晶片质量的一个重点。而其中的晶片腐蚀环节是磷化铟生产工艺过程中关键的环节之一，腐蚀后，可去除因切片、研磨等加工过程引起的磷化铟晶片表面产生的应力层和表面损伤层。
3.目前行业内常用的磷化铟晶片腐蚀工艺为：1、将cassette(晶圆载具)从水箱中取出挂上提手，先用水枪冲洗晶片表面15-20秒。
4.2、然后放入配好的etch(腐蚀液)溶液中并开始计时，左右来回的推动。
5.3、到3-6min后，提出cassette，迅速过水盒并用水枪冲洗15-20秒。
6.4、然后使用水枪在腐蚀台面冲洗晶片表面45-50秒，再放入腐蚀液里继续腐蚀。
7.5、重复上述操作共四次对晶片进行腐蚀，时间总计20分钟。
8.目前常用的磷化铟晶片腐蚀方法无法很好的去除晶片表面的应力层和表面损伤层，腐蚀掉量不足，易使晶片产生药印背侵，且腐蚀操作过程较为繁杂，在多次的抖动晶片、冲洗晶片过程中易造成磷化铟晶片破碎损坏，比较依赖人工操作，机械化、自动化程度不够。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法，本发明中的方法提高了晶片腐蚀掉量、操作上更加简便、自动化程度更高，腐蚀更加均匀。
10.本发明提供一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法，包括以下步骤：
11.a)将待腐蚀的磷化铟晶片放入转盘中，并在腐蚀槽内加入腐蚀液；
12.所述转盘设置在位于腐蚀槽上方的密闭空间内，所述密闭空间与腐蚀槽之间通过阀门通道相连通；
13.所述腐蚀液包括双氧水、硫酸、磷酸和盐酸，所述双氧水、硫酸、磷酸和盐酸的体积比为(24～26):(0.8～1.2)：(0.8～1.5)：(10～20)；
14.b)在腐蚀槽内通入热氮气使腐蚀液蒸发雾化，并打开阀门通道使雾化腐蚀液通入上方的密闭空间；
15.c)启动转盘使晶片旋转，对转盘上的磷化铟晶片进行腐蚀；
16.d)取出腐蚀后的晶片进行清洗，得到腐蚀后的磷化铟晶片。
17.优选的，所述热氮气的温度为100～200℃。
18.优选的，所述步骤c)中晶片旋转的转速为100～500r/min；
19.所述步骤c)中腐蚀的时间为20～40min。
20.优选的，所述步骤c)腐蚀完成后，通入0～5℃的氮气，使雾化腐蚀液冷凝并流回腐蚀槽内。
21.优选的，所述步骤d)具体为：
22.将腐蚀后的晶片取出依次在水中浸泡、水洗、乙醇浸泡和甩干。
23.优选的，所述步骤d)具体为：
24.将腐蚀后的晶片取出在水中浸泡5～10s，然后取出使用去离子水冲洗30～40s，再放入乙醇中浸泡15～20s，最后甩干。
25.优选的，所述腐蚀液中双氧水、硫酸、磷酸和盐酸的体积比为25:(0.9～1.1)：(1.0～1.2)：(10～15)。
26.优选的，将待腐蚀的磷化铟晶片在水中浸泡5～10s，取出放入转盘中。
27.本发明提供了一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法，包括以下步骤：a)将待腐蚀的磷化铟晶片放入转盘中，并在腐蚀槽内加入腐蚀液；所述转盘设置在位于腐蚀槽上方的密闭空间内，所述密闭空间与腐蚀槽之间通过阀门通道相连通；所述腐蚀液包括双氧水、硫酸、磷酸和盐酸，所述双氧水、硫酸、磷酸和盐酸的体积比为(24～26):(0.8～1.2)：(0.8～1.5)：(10～20)；b)在腐蚀槽内通入热氮气使腐蚀液蒸发雾化，并打开阀门通道使雾化腐蚀液通入上方的密闭空间；c)启动转盘使晶片旋转，对转盘上的磷化铟晶片进行腐蚀；d)取出腐蚀后的晶片进行清洗，得到腐蚀后的磷化铟晶片。与现有技术中多采用液相腐蚀的方法相比，本发明通过充入热氮气的方法使腐蚀液蒸发雾化，利用晶片在雾化的腐蚀液中高速旋转，达到去除磷化铟晶片表面应力层和表面损伤层，使晶片均匀掉量，减少药印背侵的目的。本工艺与传统的腐蚀工艺相比较，提高了晶片腐蚀掉量，操作上更加简便、自动化程度更高，腐蚀更加均匀。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
29.图1为本发明中蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的工艺流程图；
30.图2为本发明所使用的腐蚀装置的结构示意图；
31.图2中，1为转盘控制装置，2为转盘，3为阀门通道，4为腐蚀液，5为氮气充入口，6为腐蚀槽。
具体实施方式
32.本发明提供了一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法，包括以下步骤：
33.a)将待腐蚀的磷化铟晶片放入转盘中，并在腐蚀槽内加入腐蚀液；
34.所述转盘设置在位于腐蚀槽上方的密闭空间内，所述密闭空间与腐蚀槽之间通过阀门通道相连通；
35.所述腐蚀液包括双氧水、硫酸、磷酸和盐酸，所述双氧水、硫酸、磷酸和盐酸的体积比为(24～26):(0.8～1.2)：(0.8～1.5)：(10～20)；
36.b)在腐蚀槽内通入热氮气使腐蚀液蒸发雾化，并打开阀门通道使雾化腐蚀液通入上方的密闭空间；
37.c)启动转盘使晶片旋转，对转盘上的磷化铟晶片进行腐蚀；
38.d)取出腐蚀后的晶片进行清洗，得到腐蚀后的磷化铟晶片。
39.在本发明中，所述蒸发雾化装置如图2所示，腐蚀槽位于下方，用于盛放腐蚀液，侧边设置有氮气充入口，腐蚀槽的上方设置有一密闭空间，安装有转盘，所述转盘用于放置待腐蚀的晶片，所述转盘的转速由转盘控制装置调控。所述腐蚀槽和安装转盘的密闭空间通过阀门通道相连通，打开阀门，上下两个空间为相互连通的空间，关闭阀门，上下为两个独立的密闭空间。
40.本发明先将待腐蚀的磷化铟晶片在水槽中浸泡5～10s，所述待腐蚀的磷化铟晶片可以是研磨后的磷化铟晶片，也可以是切片后的磷化铟晶片。
41.然后从水槽中取出晶片，放入转盘中，在腐蚀槽中加入腐蚀液。
42.在本发明中，所述转盘优选为聚丙烯(pp)材质，能够耐高温、耐腐蚀。所述腐蚀液优选包括双氧水、硫酸、磷酸和盐酸，所述转盘上设计有固定晶片的凹槽。所述双氧水、硫酸、磷酸和盐酸的体积比为(24～26):(0.8～1.2)：(0.8～1.5)：(10～20)，更优选为25:(0.9～1.1)：(1.0～1.2)：(10～15)，具体的，在本发明的实施例中，可以是25:1:1:10。
43.然后在腐蚀槽中通入热氮气使腐蚀液雾化，并打开阀门通道使雾化腐蚀液进入上方的密闭空间。
44.在本发明中，所述热氮气的温度优选为100～200℃，更优选为120～180℃，如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，优选为以上述任意数值为上下或下限的范围值。所述热氮气的流速优选为2～3m/s。在本发明中，所述热氮气的输送管道使用316不锈钢管，直径10mm、内径为8mm。
45.待雾化腐蚀液充满整个转盘空间，启动转盘，晶片随着转盘高速旋转，使晶片充分与腐蚀雾气接触后被腐蚀得更加均匀。
46.在本发明中，所述转盘的转速优选为100～500r/min，更优选为200～400r/min，如100r/min、150r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min、500r/min，优选为以上述任意数值为上下或下限的范围值。所述腐蚀的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为30min。
47.腐蚀完成后，从所述氮气充入口通入温度较低的氮气，使腐蚀雾气重新凝结为腐蚀液，并通过阀门通道使腐蚀液流回腐蚀槽内。
48.在本发明中，所述氮气的温度优选为0～5℃，更优选为1～4℃，最优选为2～3℃。
49.将腐蚀完成后的晶片放入水槽中浸泡5～10s；
50.然后将晶片从水槽中取出，用去离子水冲洗30-40s，将晶片两面冲洗干净，确保晶片表面干净无残留药液。
51.最后将清洗干净的晶片放入酒精中浸泡15-20s，将酒精去水后的晶片放入甩干机
甩干。
52.本发明提供了一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法，包括以下步骤：a)将待腐蚀的磷化铟晶片放入转盘中，并在腐蚀槽内加入腐蚀液；所述转盘设置在位于腐蚀槽上方的密闭空间内，所述密闭空间与腐蚀槽之间通过阀门通道相连通；所述腐蚀液包括双氧水、硫酸、磷酸和盐酸，所述双氧水、硫酸、磷酸和盐酸的体积比为(24～26):(0.8～1.2)：(0.8～1.5)：(10～20)；b)在腐蚀槽内通入热氮气使腐蚀液蒸发雾化，并打开阀门通道使雾化腐蚀液通入上方的密闭空间；c)启动转盘使晶片旋转，对转盘上的磷化铟晶片进行腐蚀；d)取出腐蚀后的晶片进行清洗，得到腐蚀后的磷化铟晶片。与现有技术中多采用液相腐蚀的方法相比，本发明通过充入热氮气的方法使腐蚀液蒸发雾化，利用晶片在雾化的腐蚀液中高速旋转，达到去除磷化铟晶片表面应力层和表面损伤层，使晶片均匀掉量，减少药印背侵的目的。本工艺与传统的腐蚀工艺相比较，提高了晶片腐蚀掉量，操作上更加简便、自动化程度更高，腐蚀更加均匀。
53.为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
54.实施例1
55.(1)选取一组研磨后的3寸磷化铟晶片，将晶片放置于水槽中浸泡5s；
56.(2)将晶片从水槽中取出放入转盘中；
57.(3)加入配好的腐蚀液，腐蚀液由h1(双氧水)、h2(硫酸)、h3(磷酸)、c(盐酸)这四种化学药液配制而成，配比是体积比h1：h2：h3：c＝25:1:1:10；
58.(4)通入热氮气使腐蚀液蒸发雾化，打开阀门使雾气通入整个转盘空间；温度要求为100℃；
59.(5)当雾气充满整个转盘空间，即可启动转盘，晶片随着转盘高速旋转，使晶片充分与腐蚀雾气接触后被腐蚀得更加均匀；转速要求为100r/min，腐蚀时间为20min；
60.(6)腐蚀完成后，通入温度较低的氮气，使腐蚀雾气重新凝结为腐蚀液，打开阀门使腐蚀液流回腐蚀槽内；温度要求为0℃；
61.(7)将腐蚀完成后的晶片放入水槽中浸泡5s；
62.(8)将晶片从水槽中取出，用去离子水冲洗30s，将晶片两面冲洗干净，确保晶片表面干净无残留药液；
63.(9)将清洗干净的晶片放入酒精中浸泡15s,将酒精去水后的晶片放入甩干机甩干。
64.实施例2
65.(1)选取一组研磨后的4寸磷化铟晶片，将cassette(晶圆载具)从水箱中取出挂上提手，先用水枪冲洗晶片表面20秒。
66.(2)然后放入配好的新etch(腐蚀液)溶液中并开始计时，左右来回的推动。腐蚀液由h1(双氧水)、h2(硫酸)、h3(磷酸)、c(盐酸)这四种化学药液配制而成，配比是体积比h1：h2：h3：c＝25:1:1:10。
67.(3)到5min后，提出cassette，迅速过水盒并用水枪冲洗20秒。
68.(4)然后使用水枪在腐蚀台面冲洗晶片表面50秒，再放入腐蚀液里继续腐蚀。
69.(5)重复上述操作共四次对晶片进行腐蚀，时间总计20分钟。
70.(6)将清洗干净的磷化铟晶片放入酒精中浸泡20s，
71.(7)将使用酒精去水后的磷化铟晶片放入烘干槽中3min烘干。
72.对比例1：
73.(1)选取一组研磨后的3寸磷化铟晶片，将cassette(晶圆载具)从水箱中取出挂上提手，先用水枪冲洗晶片表面15秒。
74.(2)然后放入配好的新etch(腐蚀液)溶液中并开始计时，左右来回的推动。腐蚀液由h1(双氧水)、h2(硫酸)、h3(磷酸)、c(盐酸)这四种化学药液配制而成，配比是体积比h1：h2：h3：c＝25:1:1:10。
75.(3)到3min后，提出cassette，迅速过水盒并用水枪冲洗15秒。
76.(4)然后使用水枪在腐蚀台面冲洗晶片表面45秒，再放入腐蚀液里继续腐蚀。
77.(5)重复上述操作共四次对晶片进行腐蚀，时间总计20分钟。
78.(6)将清洗干净的磷化铟晶片放入酒精中浸泡15s，
79.(7)将使用酒精去水后的磷化铟晶片放入烘干槽中2min烘干。
80.对比例2：
81.(1)选取一组研磨后的4寸磷化铟晶片，将cassette(晶圆载具)从水箱中取出挂上提手，先用水枪冲洗晶片表面20秒。
82.(2)然后放入配好的原etch(腐蚀液)溶液中并开始计时，左右来回的推动。原腐蚀液由k1(醋酸)、k2(磷酸)、k3(双氧水)这三种化学药液配制而成，配比是体积比k1：k2：k3＝3：1：1
83.(3)到5min后，提出cassette，迅速过水盒并用水枪冲洗20秒。
84.(4)然后使用水枪在腐蚀台面冲洗晶片表面50秒，再放入腐蚀液里继续腐蚀。
85.(5)重复上述操作共四次对晶片进行腐蚀，时间总计20分钟。
86.(6)将清洗干净的磷化铟晶片放入酒精中浸泡20s，
87.(7)将使用酒精去水后的磷化铟晶片放入烘干槽中3min烘干。
88.采用粗糙度测量仪(zygo)测量实施例和比较例中不同腐蚀方法腐蚀后的磷化铟晶片粗糙度。
89.每个实验组随机选取两片腐蚀完成后的磷化铟晶片，将甩干后的磷化铟晶片使用千分表测量其厚度，采用五点法测量，即大边/小边为第一点，按顺时针测，中心点为最后的测量点，所测得到的厚度与腐蚀前的厚度比较，通过计算得到腐蚀工艺的掉量。每个实验组分别取平均值。
90.表1磷化铟晶片相同腐蚀液不同腐蚀方法的腐蚀效果
91.实施例晶片腐蚀掉量(um)晶片粗糙度(nm)实施例111430对比例16629
92.表2磷化铟晶片相同腐蚀方法不同腐蚀液配比的腐蚀效果
93.实施例晶片腐蚀掉量(um)实施例29对比例25
94.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法，包括以下步骤：a)将待腐蚀的磷化铟晶片放入转盘中，并在腐蚀槽内加入腐蚀液；所述转盘设置在位于腐蚀槽上方的密闭空间内，所述密闭空间与腐蚀槽之间通过阀门通道相连通；所述腐蚀液包括双氧水、硫酸、磷酸和盐酸，所述双氧水、硫酸、磷酸和盐酸的体积比为(24～26):(0.8～1.2)：(0.8～1.5)：(10～20)；b)在腐蚀槽内通入热氮气使腐蚀液蒸发雾化，并打开阀门通道使雾化腐蚀液通入上方的密闭空间；c)启动转盘使晶片旋转，对转盘上的磷化铟晶片进行腐蚀；d)取出腐蚀后的晶片进行清洗，得到腐蚀后的磷化铟晶片。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热氮气的温度为100～200℃。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤c)中晶片旋转的转速为100～500r/min；所述步骤c)中腐蚀的时间为20～40min。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤c)腐蚀完成后，通入0～5℃的氮气，使雾化腐蚀液冷凝并流回腐蚀槽内。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤d)具体为：将腐蚀后的晶片取出依次在水中浸泡、水洗、乙醇浸泡和甩干。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤d)具体为：将腐蚀后的晶片取出在水中浸泡5～10s，然后取出使用去离子水冲洗30～40s，再放入乙醇中浸泡15～20s，最后甩干。7.根据权利要求1～6任意一项所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液中双氧水、硫酸、磷酸和盐酸的体积比为25:(0.9～1.1)：(1.0～1.2)：(10～15)。8.根据权利要求1～6任意一项所述的方法，其特征在于，将待腐蚀的磷化铟晶片在水中浸泡5～10s，取出放入转盘中。

技术总结
本发明提供了一种蒸发雾化腐蚀磷化铟晶片的方法，包括以下步骤：A)将待腐蚀的磷化铟晶片放入转盘中，并在腐蚀槽内加入腐蚀液；所述转盘设置在位于腐蚀槽上方的密闭空间内，所述密闭空间与腐蚀槽之间通过阀门通道相连通；所述腐蚀液包括双氧水、硫酸、磷酸和盐酸；B)在腐蚀槽内通入热氮气使腐蚀液蒸发雾化，并打开阀门通道使雾化腐蚀液通入上方的密闭空间；C)启动转盘使晶片旋转，对转盘上的磷化铟晶片进行腐蚀；D)取出腐蚀后的晶片进行清洗，得到腐蚀后的磷化铟晶片。与现有技术中多采用液相腐蚀的方法相比，本工艺与传统的腐蚀工艺相比较，提高了晶片腐蚀掉量，操作上更加简便、自动化程度更高，腐蚀更加均匀。腐蚀更加均匀。


技术研发人员：毛伟文 郑金龙 吴晓桂 杨江
受保护的技术使用者：广东先导微电子科技有限公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8