GaAs晶圓的清洗和表面處理工藝

GaAs晶圓作為常用的一類晶圓，在半導(dǎo)體功率芯片和光電子芯片都有廣泛應(yīng)用。而如何處理好該類晶圓的清洗和進一步的鈍化工作是生產(chǎn)工藝過程中需要關(guān)注的點。

我們知道GaAs晶圓或者在GaAs上長的外延片，都是從GaAs襯底而來的，GaAs襯底大都是有GaAs錠中切割下來的，中間經(jīng)過拉單晶、打磨、倒角、切片、拋光等一系列工藝，中間肯定有污染。

而GaAs本身作為一種復(fù)雜的高缺陷半導(dǎo)體，表面存在大量懸掛鍵，半導(dǎo)體界面處存在大量電活性缺陷，導(dǎo)致表面費米能級釘扎，而且其本身的表面結(jié)構(gòu)十分不穩(wěn)定，在空氣中長時間存放，會與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生表面氧化物 ，引入了大量的雜質(zhì)缺陷。由于GaAs具有較高的體表面積比，使其表面態(tài)密度升高，耗盡層厚度變大，非輻射復(fù)合增強，從而導(dǎo)致了GaAs的表面發(fā)光減弱，表面電流增大，對其發(fā)光特性及電學(xué)特性都產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，也嚴(yán)重限制了它在光電子器件中的應(yīng)用。為了改變這一弊端，我們需要對GaAs進行表面處理，降低表面氧化物和雜質(zhì)缺陷對GaAs的影響，使其能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

GaAs表面特別是GaAs外延，類似硅片一樣需要表面做處理之后才能繼續(xù)做厚度鍍膜或者光刻工藝。

表格是半導(dǎo)體硅片常用的RCA清洗工藝，分4個工藝步驟。

GaAs因為不耐酸堿，第一步是耐不住的，第二步和第三步是可以用，也就是稀氨水+ 雙氧水的溶液，可以去除表面的一些附著物。NH4OH∶H2O2∶H2O = 1∶0.5∶20的溶液和HCl∶H2O2∶H2O = 1∶0.5∶10的溶液連續(xù)蝕刻非常薄的GaAs層.

有時還需要先用丙酮和異丙醇來清洗表面的有機物等。然后再用上述的溶液腐蝕表面。

而在GaAs鍍金屬電極做歐姆接觸電極時，鍍金之前需要重點做工藝處理，可以采用1：10的稀鹽酸做腐蝕，時間要控制好，別腐蝕到外延層包層里面了。

GaAs經(jīng)物理機械減薄后表面層中會形成 Ｇａ，Ａｓ 懸鍵氧化物、二聚鍵等界面缺陷，經(jīng)酸、堿清洗處理表面可有效地降低 Ｇａ－Ｏ、Ａｓ－Ｏ 化合物、界面缺陷，使得界面態(tài)密度從 ４.３×１０E12ｅＶ-1ｃｍ-2 降低到 ９.８×１０１１ｅＶ－１ｃｍ-2 ，堿處理表面氧元素的含量從４５％降低到 ４２％，酸處理表面氧元素的含量從 ４５％降低到 ４１％，且酸處理效果明顯優(yōu)于堿處理。特別是經(jīng)酸處理后GaAs 表面 Ga 的氧化物含量降低了６％，去除率達 ４８. ８％，Ａs的氧化物含量降低了，去除率達 ２３％，所以此次界面態(tài)密度的降低應(yīng)該主要與Ga的氧化物減少相關(guān)。

關(guān)于GaAs的表面態(tài)的問題，常規(guī)GaAs工藝可能不是特別的關(guān)注，以上工藝處理也只是基于把片子洗干凈，不影響厚度的光刻、鍍膜工藝。

其實GaAs的表面態(tài)的研究對激光器的抗COD有很大關(guān)系，比如側(cè)發(fā)光激光器等，激光在光腔表面射出，希望表面沒有氧化層。也就是去除養(yǎng)護層之后，然后再弄一層穩(wěn)定的介質(zhì)給GaAs做鈍化。

GaAs進行表面鈍化的方法主要分為表面濕法鈍化、干法兩種方法。

其中表面濕法鈍化主要是指將需要進行表面處理的GaAs浸泡在含有S元素或N元素的溶液中，使GaAs所生成的表面氧化物與溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將氧化層除去，達到提高GaAs光電特性的目的，如圖1所示。由于鈍化后的GaAs表面會與空氣中氧氣再次反應(yīng)形成氧化物，所以濕法鈍化后的GaAs穩(wěn)定性依舊很差。干法鈍化主要是將GaAs表面與空氣隔離，從而阻斷其表面的化學(xué)反應(yīng)，干法鈍化主要分為等離子體鈍化和生成表面鈍化膜兩種。等離子體鈍化主要是采用Ar等離子體、N2等子離子體和F等離子體等荷能離子對GaAs表明進行轟擊，從而達到表面鈍化的目的，等離子體鈍化比較穩(wěn)定，不易引入雜質(zhì)，等離子體鈍化處理裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。生成表面鈍化膜是在GaAs表面生成一層保護膜，減少載流子的非輻射復(fù)合，并且還可以產(chǎn)生和等離子體鈍化相同的鈍化效果。

其實還有一種方法，不用鈍化，就是真空解離，在沒有氧氣的環(huán)境下解離激光器芯片，表面沒有氧氣的參與就不會形成氧化層。但是工藝設(shè)備比較復(fù)雜。