用于制備砷化鎵襯底的方法、砷化鎵襯底及其用圖
【專利說明】用于制備砷化鎵襯底的方法、砷化鎵襯底及其用途
[0001] 本發(fā)明涉及用于制備經(jīng)表面處理的砷化鎵襯底的方法，以及砷化鎵襯底本身及其 用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 砷化鎵襯底晶片被用于生產(chǎn)高頻放大器和開關(guān)，以及發(fā)光組件，諸如半導(dǎo)體激光 器和發(fā)光二極管。組件結(jié)構(gòu)（晶體管和二極管）典型地由可選自Ga-In-As-P-Al-N的可變 元素的外延沉積的混合晶堆制備，其中在單獨的層內(nèi)，可通過特別組成以同樣晶格參數(shù)設(shè) 定不同的電子性質(zhì)。這種晶格適應(yīng)性外延針對非常高的層質(zhì)量和低缺陷密度。就此而言， 所述層質(zhì)量不但依賴于外延工藝的條件，而且還受到襯底性能的影響。
[0003]GaAs襯底的制造以生長個別整塊晶體開始，隨后鋸開/分離工藝中單片化（例如 參見T.Fladeetal.，"Stateoftheart6〃SIGaAswafersmadeofconventionally grownLEC-crystals"，JournalofCrystalGrowth, 198-199(I) ,1999,p. 336-342 和 Th.Bilngeretal.，"DevelopmentofaverticalgradientfreezeprocessforlowEPD GaAssubstrates",MaterialsScienceandEngineeringB，80 (I)，2001，p. 5-9) 〇 隨后將 襯底在多階段工藝中處理，尤其是拋光，從而獲得有益的幾何性質(zhì)（厚度、曲率、楔形）和粗 糙度（例如參見Fladeetal.)。在最終拋光步驟之后，暴露純的高反應(yīng)性GaAs表面，立 即不可避免地開始氧化物生長。典型的隨后在液體介質(zhì)中的凈化需要一系列的氧化物形成 和各個氧化物除去步驟，并且主要適合于減少襯底上顆粒、殘余雜質(zhì)或各個殘余污染數(shù)量。 在最終凈化步驟和隨后的襯底干燥期間形成氧化物層。在直到襯底插入外延裝置中的時 間內(nèi)，該氧化物層還可能經(jīng)受變化（例如參見D.A.Allwood,S.Cox,NJ.Mason,R.Palmer,R. Young,P.J.Walker,ThinSolidFilms, 412, 2002,p. 76-83) 〇
[0004] 氧化物層的組成可例如通過X射線激發(fā)光電子能譜（XPS)測量，其中以光譜 法研宄經(jīng)氧化原子的核心電子。氧化態(tài)可由受激電子的能量移動來測定。測量方法學(xué) 以GaAs為例描述，詳見C.CSurdu-Bob,S. 0Saied,J.LSullivan,AppliedSurface Science,Volume183 (1-2) ,2001，p. 126-136。取決于氧化條件，氧化砷和氧化嫁之比介于 1 和 5 之間。典型地出現(xiàn)Ga〇、Ga2O3和As2〇、As〇、As2o3、As2O5(例如參見F.Schroder -Oeynhausen,''OberflachenanalytischeCharakterisierungvonmetallischen VerunreinigungenundOxidenaufGaAs,Dissertation,UniversityofMilnster, 1996 和J.S.Song,Y.C.Choi,S.H.Seo,D.C. 0h，M.W.Cho,T.Yao,M.H. 0h，JournalofCrystal Growth, 264, 2004,p. 98-103)〇
[0005] 為了還以晶片的表面性質(zhì)影響外延層的生長，目前常用的可能性是，在外延裝置 中開始外延工藝之前立即進(jìn)行表面層（例如氧化物）的稍后熱脫附。就此而言，經(jīng)熱脫附 的表面的粗糙度、污染和雜質(zhì)（顆粒）的水平在待沉積層晶堆的質(zhì)量和由此制備的組件的 性質(zhì)中起作用。對于III/V半導(dǎo)體而言，研宄外延沉積層質(zhì)量對用于在先的凈化過程參數(shù) 和與此相關(guān)的表面性質(zhì)的依賴性。就此而言，推定性假定在每一步驟中，對晶片全部表面的 濕化學(xué)處理是均勻的。
[0006] 晶片的濕化學(xué)凈化典型地在連續(xù)液體浴中進(jìn)行。具有晶片的支架通常借助自動輸 送系統(tǒng)逐浴設(shè)定，并最終干燥。在大多數(shù)情況下，凈化包括一系列的酸性和堿性濕步驟，其 中在去離子水（DI水）中進(jìn)行中間沖洗步驟。在此通常將氫氧化銨（NH4OH)或有機胺類用 作堿性組分。所使用的酸例如為氫氟酸（HF)和鹽酸（HCl)，還有硫酸（H2SO4)或有機酸類。 凈化介質(zhì)通常還含有添加劑，例如氧化劑、表面活性劑或螯合劑。為了除去顆粒，在單獨的 浴中使用例如超聲或兆聲（megasound)。為了干燥用DI水沖洗的晶片，原則上可想到不同 的工藝，實踐中所述干燥常規(guī)地依賴于使用在快速旋轉(zhuǎn)晶片或晶片支架時的離心力除去DI 水（旋轉(zhuǎn)干燥）（參見例如Songetal.)。
[0007] 然而，常規(guī)的工藝并不提供砷化鎵襯底，所述襯底滿足對隨后的外延工藝增加的 需要，其中需要組件的大面積和可靠的外延生產(chǎn)，在合適的產(chǎn)率中，具備所需的層質(zhì)量和要 求的缺陷密度。
[0008] 本發(fā)明目的在于提供用于生產(chǎn)對于隨后的外延顯示有益的性質(zhì)的砷化鎵襯底的 改進(jìn)方法。
[0009] 發(fā)明簡述
[0010] 該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1和7所述的方法，以及根據(jù)權(quán)利要求8-10、12和15所 述的砷化鎵襯底解決。另外的實施方式闡述于各從屬權(quán)利要求中。有利的用途定義于權(quán)利 要求15和16中。
[0011] 為了表征經(jīng)不同處理的砷化鎵襯底的表面性質(zhì)，使用光學(xué)表面分析儀的橢圓偏振 側(cè)向襯底映射（ellipsometriclateralsubstratemapping)。所使用的測量方法和分析 方法的細(xì)節(jié)在優(yōu)選實施方式的描述以及實施例的描述中給出。
[0012] 以下項目中提供本發(fā)明的主要方面、優(yōu)選實施方式和詳細(xì)特征的描述，而不限制 本發(fā)明。
[0013] 1)用于制備經(jīng)表面處理的砷化鎵襯底的方法，所述方法包括以下步驟：
[0014]a)提供神化嫁襯底；
[0015]b)在干燥條件下借助UV輻照和/或臭氧氣體將砷化鎵襯底的至少一個表面進(jìn)行 氧化處理；
[0016] c)使所述砷化鎵襯底的所述至少一個表面與至少一種液體介質(zhì)接觸；和
[0017]d)馬蘭葛尼（Marangoni)式干燥所述砷化鎵襯底。
[0018] 2)根據(jù)項目1所述的方法，其中步驟c)包括如下步驟：
[0019] i)使所述砷化鎵襯底的所述至少一個表面與堿性水溶液接觸，任選施加兆聲；和
[0020] ii)隨后使所述砷化鎵襯底的所述至少一個表面與水接觸。
[0021] 3)根據(jù)項目1或2所述的方法，其中在步驟c)中使用堿性水溶液，所述水溶液為 順3或有機胺在水中的溶液，優(yōu)選NH3溶液，更優(yōu)選NH3濃度為0. 1-2體積％，且特別優(yōu)選濃 度為0. 2-1體積％。
[0022] 4)根據(jù)項目2或3所述的方法，其中在步驟c)還包括以下步驟：
[0023] iii)在步驟ii)之后，使所述砷化鎵襯底的所述至少一個表面與酸性水溶液任選 地在氧化劑存在下接觸；和
[0024] iv)隨后另外使所述砷化鎵襯底的所述至少一個表面與水接觸，其中優(yōu)選所述水 至少最初含有pH值改變添加劑。
[0025] 5)根據(jù)項目4所述的方法，其中酸性水溶液是HCl或HF在水中的溶液，優(yōu)選濃度 為0. 1-0. 5體積％，更優(yōu)選濃度為0. 1-0. 25體積％，且特別優(yōu)選HCl濃度為0. 15-0. 25體 積％。
[0026] 6)根據(jù)項目4或5所述的方法，其中在所述酸性水溶液中的氧化劑為臭氧或H2O2, 優(yōu)選臭氧，更優(yōu)選濃度為10_50ppm的臭氧，且特別優(yōu)選濃度為30-50ppm的臭氧。
[0027] 7)根據(jù)項目4-6中任一項所述的方法，其中pH值改變添加劑為堿性或酸性，優(yōu)選 堿性，更優(yōu)選NH3，甚至更優(yōu)選濃度為0. 01-0. 2體積％的NH3，特別優(yōu)選濃度為0. 05-0. 1體 積％的圓3。
[0028] 8)根據(jù)項目4-7中任一項所述的方法，其中在步驟c)中在步驟iv)之后進(jìn)行根據(jù) 步驟i)和ii)的另外步驟。
[0029] 9)根據(jù)項目2-8中任一項所述的方法，其中水是去離子水或超純水。
[0030] 10)根據(jù)前述項目中任一項所述的方法，其中事先將步驟a)中提供的砷化鎵襯底 單片化或各自與砷化鎵整個晶體分離和/或拋光，且優(yōu)選預(yù)凈化，更優(yōu)選濕化學(xué)預(yù)凈化，且 特別優(yōu)選濕化學(xué)預(yù)凈化和用刷洗。
[0031] 11)根據(jù)前述項目中任一項所述的方法，其中摻雜或不摻雜步驟a)中提供的砷化 鎵襯底。
[0032] 12)根據(jù)前述項目中任一項所述的方法，其中在步驟d)中使用異丙醇水溶液。
[0033] 13)用于制備多個經(jīng)表面處理的砷化鎵襯底的方法，其中在根據(jù)前述項目中任一 項所述的方法中是多個砷化鎵襯底同時經(jīng)受相應(yīng)步驟b)-d)。
[0034] 14)砷化鎵襯底，其呈現(xiàn)至少一個表面，所述表面在米用光學(xué)表面分析儀的橢圓偏 振側(cè)向襯底映射中具有側(cè)向分辨背景校正測量信號變化，所述信號的歸一化至相移信號的 襯底平均值的1 %分布百分位數(shù)大于-〇. 0065。
[0035] 15)根據(jù)項目14所述的砷化鎵襯底，其呈現(xiàn)至少一個表面，所述表面在采用 光學(xué)表面分析儀的橢圓偏振側(cè)向襯底映射中具有側(cè)向分辨背景校正測量信號變化，所 述信號的歸一化至相移信號的襯底平均值的1%分布百分位數(shù)為大于-0.0060,優(yōu)選大 于-0. 0055,更優(yōu)選大于-0. 0050,甚至更優(yōu)選大于-0. 0045,特別優(yōu)選大于-0. 0040,特別是 大于-0. 0030,尤其大于-0. 0020,甚至大于-0. 0010,且最多至0. 0000,不含0. 0000。
[0036] 16)砷化鎵襯底，其呈現(xiàn)至少一個表面，所述表面在米用光學(xué)表面分析儀的橢圓偏 振側(cè)向襯底映射中，基于150_襯底直徑作為參比，具有〈6000的缺陷數(shù)和/或總?cè)毕菝娣e 小于2cm2，其中缺陷被定義為大于1000ym2的連續(xù)面積在采用光學(xué)表面分析儀的橢圓偏振 側(cè)向襯底映射中偏離平均測量信號至少±0. 05%。
[0037] 17)根據(jù)項目16所述的砷化鎵襯底，其中所述缺陷數(shù)為〈5000,優(yōu)選〈4000,更優(yōu)選 〈3000,甚至更優(yōu)選〈2000,再更優(yōu)選〈1000,還更優(yōu)選〈500,還更優(yōu)選〈300,還更優(yōu)選〈250， 還更優(yōu)選〈200,還更優(yōu)選〈150,且特別優(yōu)選〈100,和/或
[0038] 總?cè)毕菝娣e小于Icm2，優(yōu)選小于0. 5cm2，甚至更優(yōu)選小于0. 1cm2,甚至更優(yōu)選小于 0. 05cm2,還更優(yōu)選小于0. 01cm2,還更優(yōu)選小于0. 005cm2,且特別優(yōu)選小于0. 0035cm2。
[0039] 18)砷化鎵襯底，其由根據(jù)項目1-12項中任一項所述的方法制備。
[0040] 19)根據(jù)項目14-18中任一項所述的砷化鎵襯底，其中所述直徑為至少100mm，優(yōu) 選至少150mm，且更優(yōu)選至少200mm。
[0041] 20)經(jīng)拋光和經(jīng)表面精整的砷化鎵襯底，其直徑為至少150mm，其中表面處理包括 使砷化鎵襯底的至少一個表面在干燥條件借助UV輻照和/或臭氧氣體進(jìn)行氧化處理，使砷 化鎵襯底的至少一個表面與至少一種液體介質(zhì)接觸，并馬蘭葛尼式干燥所述砷化鎵襯底。
[0042] 21)根據(jù)項目20所述的砷化