一种砷化镓晶片的位错测定方法

摘要

本发明涉及半导体材料技术领域，公开了一种砷化镓晶片的位错测定方法，包括以下步骤，S1、用研磨液将砷化镓晶片研磨至没有锯纹；S2、配制由过氧化氢、去离子水和氢氧化氨组成的腐蚀液，将研磨好的砷化镓晶片放入腐蚀液中腐蚀后取出冲洗干净，擦干；S3、将砷化镓晶片放入镍锅内烧KOH；S4、将砷化镓晶片从镍锅中取出后放入90‑100℃的去离子水中煮，待去除砷化镓晶片表面所有的KOH后，将砷化镓晶片冲洗干净，擦干；S5、在光学显微镜下观察晶体的晶胞方向以及位错密度。本发明解决现有的砷化镓晶片的位错测定方法工艺比较复杂，晶片腐蚀坑密度不够清晰准确，砷化镓腐蚀位错的效率及EPD数量的准确性较低的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种砷化镓晶片的位错测定方法。

背景技术

砷化镓(简称：GaAs)是目前生产量最大、应用最广泛，最重要的半导体材料之一。砷化镓作为第二代III-V族化合物半导体材料，是一种性能优异的电子信息功能材料，它具有高速、高频、耐高温、低噪声和发光等特点。与Si相比，GaAs的电子运动速度很高，用它可以制备工作频率高达100GHz，可满足具有远程通讯微波器件的需求。由于砷化镓自身的固有优点，使其在卫星数据传输、通信、微电子、光电子领域具有关键性应用。

随着GaAs器件的发展，砷化镓材料的性能正受到广泛关注，半导体材料行业中，要做出合格的砷化镓晶圆，必须对砷化镓晶棒两端取片进行Hall测试得出电阻率、电子迁移率、载流子浓度数据，主要是位错密度测试，最后根据检测得出的数据判断是否满足客户需求。

目前人们测定晶体的位错密度有两种方法：1、化学机械抛光片腐蚀；2、化学抛光液抛光腐蚀。但目前的砷化镓晶片的位错测定方法工艺比较复杂，并且受晶片形状及晶向角度影响，使得晶片腐蚀坑密度(简称：EPD)不够清晰准确，砷化镓腐蚀位错的效率及EPD数量的准确性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种砷化镓晶片的位错测定方法，解决现有的砷化镓晶片的位错测定方法工艺比较复杂，晶片腐蚀坑密度(EPD)不够清晰准确，砷化镓腐蚀位错的效率及EPD数量的准确性较低的问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种砷化镓晶片的位错测定方法,包括以下步骤，

S1、用研磨液将砷化镓晶片研磨至没有锯纹；

S2、配制由过氧化氢、去离子水和氢氧化氨组成的腐蚀液，将研磨好的砷化镓晶片放入腐蚀液中腐蚀后取出冲洗干净，擦干；

S3、将砷化镓晶片放入镍锅内烧KOH；

S4、将砷化镓晶片从镍锅中取出后放入90-100℃的去离子水中煮，待去除砷化镓晶片表面所有的KOH后，将砷化镓晶片冲洗干净，擦干；

S5、在光学显微镜下观察晶体的晶胞方向以及位错密度。

进一步，所述过氧化氢、去离子水和氢氧化氨的质量比为1：1：(1-2)。

进一步，所述过氧化氢质量浓度为30％-32％，氢氧化氨的质量浓度为28％-30％。首先，砷化镓单晶片与过氧化氢氧化剂发生氧化反应，在砷化镓晶片表面生成一层氧化物；然后砷化镓晶片表面的氧化物与氢氧化氨络合剂发生反应，并溶解于腐蚀液中；接下来，砷化镓晶片表面继续与腐蚀液发生化学反应，边氧化边溶解；最后，砷化镓晶片脱离腐蚀液，反应终止。其化学反应原理如下：

H

GaAs+[O]→Ga

Ga

As

上式中(1)、(2)两式为化学腐蚀的第一步，称为氧化过程；(3)、(4)两式为化学腐蚀的第二步，称为溶解过程。该腐蚀液稳定、腐蚀后晶片形貌较好，晶片表面光亮平滑，为EPD计数提供了较好的条件。

进一步，所述步骤S2中腐蚀的时间控制在3-5分钟。一般砷化镓晶圆在氧化氢、去离子水和氢氧化氨组成的腐蚀液中腐蚀3-5分钟后就可达到表面发亮的状态。

进一步，所述步骤S3中将砷化镓晶片放入镍锅内烧KOH，具体为：先用镍丝篮子将腐蚀好的砷化镓晶片装好；然后镍锅底部铺一层KOH，将镍丝篮放入镍锅内，再往镍锅中加入KOH，直至KOH完全将砷化镓晶片覆盖；最后烧KOH，使温度升至385℃，保温10分钟，自然降温。如此，可以使得砷化镓晶片烧KOH时不会粘连且砷化镓晶片表面能充分接触KOH。

进一步，所述步骤S4中，在去离子水中煮时间为5-10分钟。5-10分钟的时间基本可以将砷化镓晶片表面的KOH去除。

进一步，所述步骤S4中，KOH的质量纯度≥90％。

进一步，所述步骤A5中使用的光学显微镜的型号为olympus MX51。

本发明的有益效果：

本发明的腐蚀液稳定、腐蚀后砷化镓晶片形貌较好，砷化镓晶片表面光亮平滑，为EPD计数提供了较好的条件，不仅可以快速测量砷化镓晶体中的EPD密度，操作工艺简单快捷，不受砷化镓晶片形状及晶向角度影响，且腐蚀出的EPD清晰可见，大大提高了砷化镓腐蚀位错的效率及EPD数量的准确性，避免了不合格砷化镓晶体流向下道工序及客户，降低了加工不合格品造成的成本浪费，并有效降低了客户投诉率。

附图说明

图1是本发明实施例2的砷化镓晶片的位错测定方法处理后的砷化镓晶片EPD形貌；

图2是对比实施例中目前常规化学抛光液抛光腐蚀方法处理后的砷化镓晶片EPD形貌。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

如图1-2所示：

实施例1、

本实施例的一种砷化镓晶片的位错测定方法,包括以下步骤，

S1、用研磨液将需要腐蚀的砷化镓晶片研磨至没有锯纹并冲洗干净，避免表面锯纹影响后续EPD的形貌及读数；

S2、配制由过氧化氢、去离子水和氢氧化氨组成的腐蚀液，过氧化氢、去离子水和氢氧化氨的质量比为1：1：1，过氧化氢质量浓度为30％，氢氧化氨的质量浓度为28％，将研磨好的砷化镓晶片放入腐蚀液中腐蚀3分钟后至表面发亮取出，用纯水冲洗干净，擦干；

S3、将砷化镓晶片放入镍锅内烧KOH，KOH的质量纯度90％；具体为：先用镍丝篮子将腐蚀好的晶片装好，使晶片烧KOH时不会粘连且晶片表面能充分接触KOH；镍锅底部先铺一层KOH，将镍丝篮放入镍锅内，再往镍锅加入KOH，至KOH完全将晶片覆盖即可；接着打开电炉烧KOH，使用热电偶测量温度至385℃，保温10分钟，然后关掉电源降温；

S4、电磁炉烧开水，将砷化镓晶片从镍锅中取出后放入90℃的去离子水中煮5分钟，待去除砷化镓晶片表面所有的KOH后，将砷化镓晶片冲洗干净，擦干；

S5、在型号为olympus MX51的光学显微镜下观察晶体的晶胞方向以及位错密度。

实施例2、

本实施例的一种砷化镓晶片的位错测定方法,包括以下步骤，

S1、用研磨液将需要腐蚀的砷化镓晶片研磨至没有锯纹并冲洗干净，避免表面锯纹影响后续EPD的形貌及读数；

S2、配制由过氧化氢、去离子水和氢氧化氨组成的腐蚀液，过氧化氢、去离子水和氢氧化氨的质量比为1：1：1.5，过氧化氢质量浓度为31％，氢氧化氨的质量浓度为31％，将研磨好的砷化镓晶片放入腐蚀液中腐蚀4分钟后至表面发亮取出，用纯水冲洗干净，擦干；

S3、将砷化镓晶片放入镍锅内烧KOH，KOH的质量纯度95％；具体为：先用镍丝篮子将腐蚀好的晶片装好，使晶片烧KOH时不会粘连且晶片表面能充分接触KOH；镍锅底部先铺一层KOH，将镍丝篮放入镍锅内，再往镍锅加入KOH，至KOH完全将晶片覆盖即可；接着打开电炉烧KOH，使用热电偶测量温度至385℃，保温10分钟，然后关掉电源降温；

S4、电磁炉烧开水，将砷化镓晶片从镍锅中取出后放入95℃的去离子水中煮5分钟，待去除砷化镓晶片表面所有的KOH后，将砷化镓晶片冲洗干净，擦干；

S5、在型号为olympus MX51的光学显微镜下观察晶体的晶胞方向以及位错密度。

实施例3、

本实施例的一种砷化镓晶片的位错测定方法,包括以下步骤，

S1、用研磨液将需要腐蚀的砷化镓晶片研磨至没有锯纹并冲洗干净，避免表面锯纹影响后续EPD的形貌及读数；

S2、配制由过氧化氢、去离子水和氢氧化氨组成的腐蚀液，过氧化氢、去离子水和氢氧化氨的质量比为1：1：2，过氧化氢质量浓度为32％，氢氧化氨的质量浓度为30％，将研磨好的砷化镓晶片放入腐蚀液中腐蚀5分钟后至表面发亮取出，用纯水冲洗干净，擦干；

S3、将砷化镓晶片放入镍锅内烧KOH，KOH的质量纯度98％；具体为：先用镍丝篮子将腐蚀好的晶片装好，使晶片烧KOH时不会粘连且晶片表面能充分接触KOH；镍锅底部先铺一层KOH，将镍丝篮放入镍锅内，再往镍锅加入KOH，至KOH完全将晶片覆盖即可；接着打开电炉烧KOH，使用热电偶测量温度至385℃，保温10分钟，然后关掉电源降温；

S4、电磁炉烧开水，将砷化镓晶片从镍锅中取出后放入100℃的去离子水中煮10分钟，待去除砷化镓晶片表面所有的KOH后，将砷化镓晶片冲洗干净，擦干；

S5、在型号为olympus MX51的光学显微镜下观察晶体的晶胞方向以及位错密度。

对比实施例、

本实施例的方法采用国家标准《砷化镓单晶位错密度的测量方法(GB/T8760-2006)》的方法进行砷化镓晶片的位错测定。

最终采用实施例2的方法测定的砷化镓晶片EPD形貌如图1所示，采用对比实施例的方法测定的砷化镓晶片EPD形貌如图2所示。

通过对比我们看可以看出，图1为本发明处理后的EPD形貌，用本发明处理后的晶片表面平整度高；EPD清晰可见且形状大小一致，为标准的(100)to(111)15°的EPD形貌，大大提高了砷化镓腐蚀位错的效率及EPD数量的准确性。

图2为目前对比实施例的常规方法处理后的EPD形貌，其处理后的晶片表面平整度不高，EPD形状不一致且大小不一致，影响计算EPD数量。

因此，本发明的腐蚀液稳定、腐蚀后砷化镓晶片形貌较好，砷化镓晶片表面光亮平滑，为EPD计数提供了较好的条件，不仅可以快速测量砷化镓晶体中的EPD密度，操作工艺简单快捷，不受砷化镓晶片形状及晶向角度影响，且腐蚀出的EPD清晰可见，大大提高了砷化镓腐蚀位错的效率及EPD数量的准确性，避免了不合格砷化镓晶体流向下道工序及客户。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。