專利名稱：Iii－v族化合物半導(dǎo)體晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及III-V族化合物半導(dǎo)體晶片，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及有以汽相外延法生長的外延層的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片。
近來光通信的進(jìn)展使得光電二極管或類似的產(chǎn)品的產(chǎn)量增加。例如，InP的光電二極管(此后稱為pin-PD)以氯化物汽相外延法在磷化銦襯底(此后稱為InP)上生長外延層來制備。
為了制備pin-PD，通過把InP晶錠切割成薄片，并把每一薄片倒角、研磨和拋光來形成InP襯底。然后，在這襯底上外延生長III-V族化合物層來制備InP晶片，從而能在這InP晶片上形成Zn擴散層、保護(hù)膜等等。雖然生長成直徑為兩英寸的InP晶片通常被切割成矩形，此后進(jìn)行形成Zn擴散層等等的器件工藝過程，但近來晶片以兩英寸直徑的園形來進(jìn)行器件工藝過程，以便減少成本。
通常鑷子要夾的或者機器支承以便輸送的InP晶片的端部會在器件工藝過程中破裂。為了防止出現(xiàn)這種情況，襯底的端部通常被倒角。例如，公開讓公眾審查的日本實用新型No.58-103144(1983)描述了在GaAs襯底上形成規(guī)定的倒角部分的技術(shù)，以便防止在鏡面研磨中裂開或在階躍移動中破裂。
另一方面，公開讓公眾審查的日本專利No.6-61201(1994)公開了在硅襯底上形成規(guī)定的倒角部分的技術(shù)，以便防止出現(xiàn)邊緣隆起。
可是，當(dāng)在有倒角的InP襯底上用生長外延層的方法制備的晶片進(jìn)行器件工藝過程時，晶片很不利地在引入雜質(zhì)的擴散步驟、在形成保護(hù)膜的熱化學(xué)汽相淀積(CVD)步驟或在去掉外來物質(zhì)的超聲波清洗步驟中破裂。
因此，為解決這個問題提出了本發(fā)明，因而本發(fā)明的一個目的是提供一種在器件工藝過程中難破裂的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片包括III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和在這半導(dǎo)體襯底上形成的III-V族化合物層。把外延反常生長部分從III-V族化合物半導(dǎo)體晶片的外周邊緣部分去除掉。外延反常生長部分是有相對較大的厚度的III-V族化合物層的一部分。
III-V族化合物半導(dǎo)體晶片的部分被削去到這樣的位置，即離開外周邊緣部分有L的距離。距離L是料量(stock amount)的長度。
此外，去掉這部分后所形成的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片的外周邊緣的表面粗糙度Rmax最好是不大于2μm。
最好這樣來形成III-V族化合物層，以便具有基本上平行于襯底的主面的(100)面。“基本上平行”的意思是，以相對于半導(dǎo)體襯底的主面不大于16度的角度來形成(100)面。
所述半導(dǎo)體襯底包括III-V族化合物，后者的外周邊緣部分被這樣倒角，使得其截面大體上是半徑為R的弧形。距離L滿足下面的表達(dá)式R≤L≤3R。
半導(dǎo)體襯底最好從III-V族化合物半導(dǎo)體晶片的外周邊緣部分地露出，露出的部分離開所述外周邊緣最多0.1mm的距離。
III-V族化合物半導(dǎo)體晶片的外周邊緣最好這樣倒角，使得其截面大體上是半徑為r的弧形，此r最好起碼為0.1mm。
從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，就會清楚本發(fā)明的上述和其它目的、特征、各個方面和優(yōu)點。
圖1是表示反常生長外延層的剖面圖；圖2A是表示汽相外延裝置的模型圖，而圖2B說明在反應(yīng)器中的溫度分布；圖3是表示被研磨晶片的剖面圖；圖4是圖3中的部分IV的放大的剖面圖；圖5是用于研磨晶片端面的磨石的剖面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明而獲得的晶片的平面圖7是沿著圖6中的VII-VII線所取的解理剖面圖；和圖8是傳統(tǒng)的晶片的解理剖面圖。
為了防止晶片在上述的器件工藝過程中破裂，發(fā)明者首先研究了破裂的原因。結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)，在InP襯底上以生長InGaAs外延層的方法制備而成的晶片的周邊處，在特殊的晶面取向的部分上外延層以異常高的速度生長，在這部分處晶片破裂特別顯著。
參考圖1，InGaAs外延層2作為III-V族化合物層在InP襯底1上形成。箭頭(100)，(111)和(011)分別表示InP襯底1的(100)，(111)和(011)面。InP襯底1的外周邊緣部分有半徑為R的弧形。InGaAs外延層2的部分2X由于異常高的生長速度而有大的厚度。相反，InGaAs外延層2的另一部分2Y有小的厚度。已經(jīng)證實，當(dāng)有其厚度部分地改變的外延層2的晶片處在器件工藝過程中時，因為InP襯底1與InGaAs外延層2的熱膨脹系數(shù)彼此極為不同，而在器件工藝過程的加熱周期中引起顯著的應(yīng)力，從而造成有大厚度的2X部分破裂。
根據(jù)本發(fā)明，在(111)面附近反常生長所引起的晶片端部在外延后被去掉，直到由虛線3所表示的位置，從而消除反常生長部分。這樣，就有可能獲得在器件工藝過程中難以破裂的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片10。
發(fā)明人已經(jīng)做了各種實驗，發(fā)現(xiàn)，把晶片10的外周邊緣部分這樣倒角、使得襯底1的截面大體上是半徑為R的弧形，則晶片10就很容易在特別是外周邊緣的0到R的距離上引起反常生長部分。如果從晶片10的邊緣起碼距離為R的部分去掉，則消除掉反常生長部分。在另一方面，被去掉的量L最好盡量減小，因為減小被去掉的量L，就能有效地利用InP襯底1?？墒?，在現(xiàn)有的設(shè)備中，定位的精度基本上等于目前通常應(yīng)用的襯底的半徑R(＝0.25mm)，因此被去掉的量L在±R的范圍內(nèi)離散。因此，當(dāng)把被去掉的量L的上限設(shè)為3R時，在最壞情況下也能去掉從晶片10邊緣起距離為R的部分。
最好是這樣來形成作為III-V族化合物層的InGaAs外延層2，使得其(100)面為基本上平行于InP襯底1的主面的平面，從而使反常生長部分2X處于(111)面以滿足上述的條件。
更好的是，通過去掉上述部分后所獲得的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片10的外周邊緣部分的表面粗糙度Rmax不大于2μm，從而不出現(xiàn)引起晶片10破裂的起始點。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明從III-V族化合物半導(dǎo)體晶片10的外周邊緣部分去掉外延反常生長部分2X，從而晶片10難以在器件工藝過程中破裂。
已經(jīng)確認(rèn)，如果InP襯底1部分地從晶片10的外周邊緣部分露出、露出的部分離開所述外周邊緣最多0.1mm距離，則晶片10就難以在器件工藝過程中破裂。
最好是，晶片10的外周邊緣部分這樣來倒角，使其截面大體上是半徑為r的弧形，此r起碼為0.1mm。半徑r設(shè)置為起碼0.1mm，因為現(xiàn)在沒有半徑小于0.1mm的倒角磨石。即使開發(fā)了半徑小于0.1mm的倒角磨石，但是其加工精度也不夠，以致工作表面的平面度差，因為形成磨石的鉆石的顆粒尺寸大約是0.05μm。此外，即使將晶片10的外周邊緣部分這樣倒角，使得半徑r小于0.1mm，但是，由于其銳度，晶片10的端部很易在研磨晶片10期間破裂或在器件工藝過程中破裂。
現(xiàn)在結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的實施例。參考圖2A，汽相外延裝置11包括反應(yīng)器12、驅(qū)動裝置13、加熱器14a和14b、源板(board)15，16和17、以及源容器18，19和20。在反應(yīng)器12內(nèi)設(shè)置含有銦(In)的源板(board)15和17以及含有鎵(Ga)的源板(board)16。驅(qū)動裝置13適用于使襯底22沿箭頭方向轉(zhuǎn)動。分別通過管道101到103把氫輸送到含AsCl3的源容器18和19以及含PCl3的源容器20。源容器18，19和20分別通過管道104到106與源板(board)15，16和17相連接。加熱器14a和14b加熱反應(yīng)器12。
用這種裝置11，首先調(diào)節(jié)加熱器14a和14b的輸出，以便在反應(yīng)器12內(nèi)形成圖2B所示的溫度分布。然后，把包括硫摻雜的InP的襯底22放置在驅(qū)動裝置13上。襯底22的直徑為51mm而厚度為450μm。此外，襯底22它的端部的半徑為0.25mm，如圖3所示。在圖2A，驅(qū)動裝置13向下轉(zhuǎn)動和移動襯底22。在這情況下，氫氣通過管道103被輸送到源容器20，在反應(yīng)器12中引起了下面的化學(xué)反應(yīng)(1)
由上述反應(yīng)(1)所產(chǎn)生的P4和HCl被送到源板17，從而引起下面的化學(xué)反應(yīng)(2)
被送到源板17的P4和由上述反應(yīng)(2)所產(chǎn)生的InCl和H2在襯底22上引起下面的化學(xué)反應(yīng)(3)
從反應(yīng)式(3)，在襯底22上生長出2μm厚的InP緩沖層23，如圖4所示。
然后，在圖2A，驅(qū)動裝置13向上轉(zhuǎn)動和移動襯底22，并且氫氣通過管道101和102被送到源容器18和19，從而在反應(yīng)器12中引起了下面的化學(xué)反應(yīng)(4)
由上述反應(yīng)(4)所產(chǎn)生的As4和HCl通過管道104被送到源板15，從而引起下面的化學(xué)反應(yīng)(5)
此外，由上述反應(yīng)(4)所產(chǎn)生的As4和HCl通過管道105被送到源板16，從而引起下面的化學(xué)反應(yīng)(6)
被送到源板15的As4、在源板15上產(chǎn)生的HCl、在源板16上產(chǎn)生的GaCl、和在源板15和16上產(chǎn)生的H2引起了下面的化學(xué)反應(yīng)(7)
從化學(xué)反應(yīng)式(7)，在襯底22上形成了3μm厚的InGaAs光接收層24，如圖4所示。
在圖2A，驅(qū)動裝置13向下移動襯底22，并且氫氣被送到源容器20，在那里在襯底22上形成了厚度大約1.5μm的InP窗口層25，如圖4所示。這樣，就在襯底22上用氯化物汽相外延形成備有III-V族化合物層形式的外延層26的晶片21，如圖3所示。
然后，把晶片21從反應(yīng)器12取出，以便進(jìn)行真空抽吸，并以沒有外延層26的晶片21的那一面來支持所述晶片21。使圖5所示的粒度為#800(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))和弧半徑為0.25mm的鉆石磨石沿著圖3的箭頭28的方向與晶片21接觸，以便去掉晶片21從邊緣起距離為0.4mm的部分，即一直到達(dá)圖3的A處的部分。為了減少精加工的負(fù)擔(dān)，并完全消除反常生長部分，對從晶片21邊緣起距離起碼為0.1mm和不大于0.2mm的部分進(jìn)行倒角，以使邊緣成為由B所表示的形狀。
然后，用粒度為#2000(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))和弧半徑為0.25mm的鉆石磨石去掉離晶片21邊緣起距離為0.1mm處的部分，以便使晶片21邊緣成為C所表示的形狀。此外，對離晶片21邊緣起距離為0.2mm到0.25mm的部分進(jìn)行倒角，以使邊緣成為由D所表示的形狀。這樣，就完成了本發(fā)明的晶片21的加工，此時晶片21有不大于2.0μm的表面粗糙度Rmax的端面和有50mm直徑。當(dāng)以上述方式制備的晶片21處于器件工藝過程時，破裂率降到現(xiàn)有技術(shù)的1/5。
參考圖7，很清楚，根據(jù)本發(fā)明的晶片101由襯底103和外延層104形成，并且反常生長部分可以從晶片101的外周邊部分102去掉。此外，圖7所示的本發(fā)明的晶片101在外周邊緣部分102沒有畸變，在這樣的晶片101上不會引起線狀裂紋。另一方面，參考圖8，很清楚，襯底203和外延層204形成含有沒去掉的反常生長部分的晶片201，并且由它的外周部分202的畸變引起許多線狀裂縫205。此外，在晶片201中，反常生長部分的地方外延層204的厚度大約是平直部分的三倍。從這一點也很清楚，在本發(fā)明，由于去掉了反常生長部分，有效地消除了在晶片101的外周部分的畸變。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，但是，這實施例可以以各種方式改變。首先把襯底22的直徑設(shè)為51mm，以防止出現(xiàn)這樣的問題，即如果襯底22的直徑小于50mm，在為此50mm而設(shè)的器件工藝過程步驟中，裝置會抓不到晶片21。因而，如果通過手柄(handling)來支撐晶片21，則它的直徑可以不是51mm。
雖然用于外延的氯化物汽相外延在對于要求相當(dāng)厚的外延層的產(chǎn)品例如pin-PD方面有優(yōu)點，在這方面它能高速生長外延層，但如果不要求厚的外延層，則也可以改用有機金屬汽相外延。此外本發(fā)明可以應(yīng)用到所有具有外延層生長率的平面取向相關(guān)性的外延方法，例如氫化物法和有機金屬法。
為了給晶片倒角，最好是采用有兩種粒度的整塊的磨石，以便提高加工精度。當(dāng)為去掉晶片的端部而使磨石與外延層接觸時，最好在與磨石接觸后清洗外延層。另一種方法是，用抗磨膜或帶來保護(hù)外延層的其余部分，在去掉端部后把這抗磨膜或帶去掉。此外，襯底可以不只用InP制成，還可以由有相同結(jié)晶結(jié)構(gòu)的其他III-V族化合物制成。
雖然已經(jīng)詳細(xì)地描述和說明了本發(fā)明，但是很清楚，這只是為了說明和作為例子，而不是用作限制，本發(fā)明的精神和范圍只受限于所附的權(quán)利要求書的各項。
權(quán)利要求
1.一種III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)，它包括包含III-V族化合物的半導(dǎo)體襯底(1)和在所述半導(dǎo)體襯底(1)上形成的III-V族化合物層(2)，其特征在于從所述III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)的外周邊緣部分去除外延反常生長部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)，其特征在于所述III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)的一部分被削去到這樣的位置，即，離開III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)的外周邊緣部分有L的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)，其特征在于去掉所述部分后所形成的所述III-V族化合物半導(dǎo)體晶片的所述外周邊緣的表面粗糙度Rmax不大于2μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)，其特征在于這樣來形成所述III-V族化合物層(2)，以便具有基本上平行于所述半導(dǎo)體襯底(1)的主面的(100)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)，其特征在于這樣對所述半導(dǎo)體襯底的外周邊緣部分進(jìn)行倒角，使得其截面大體上是半徑為R的弧形，所述距離L滿足下面的表達(dá)式R≤L≤3R；所述半導(dǎo)體襯底(1)最好是從所述III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)的外周邊緣部分地露出、露出的部分離開所述外周邊緣最多0.1mm的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)，其特征在于這樣對所述III-V族化合物半導(dǎo)體晶片(10)的外周邊緣部分進(jìn)行倒角，使得其截面大體上是半徑為r的弧形，所述半徑r起碼為0.1mm。
全文摘要
一種由Ⅲ－V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的晶片(21)包括由Ⅲ－V族化合物構(gòu)成的襯底(22)和在襯底(22)上形成的Ⅲ－V族化合物層構(gòu)成的外延層(26),半導(dǎo)體襯底的外周邊緣部分被這樣倒角,使得其截面大體上是半徑為R的弧形。離開襯底(22)的外周邊緣距離為L的襯底(22)的一部分被去掉,所述距離L滿足下面的表達(dá)式R≤L≤3R。
文檔編號H01L21/02GK1201998SQ98109520
公開日1998年12月16日 申請日期1998年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月22日
發(fā)明者三浦祥紀(jì), 森本俊之 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社