引言

我們?nèi)A林科納提出了一種新的GaAs表面濕法清洗工藝。它的設(shè)計(jì)是為了技術(shù)的簡(jiǎn)單性和在GaAs表面產(chǎn)生的最小損害。它將GaAs清洗與三個(gè)條件結(jié)合起來(lái)，這三個(gè)條件包括(1)去除熱力學(xué)不穩(wěn)定的物質(zhì)，和(2)在熱清洗后必須完全去除表面氧化層，和(3)必須提供光滑的表面。清洗過(guò)程采用旋轉(zhuǎn)超聲波霧化技術(shù)。首先，通過(guò)有機(jī)溶劑去除雜質(zhì)；第二次NH4OH∶H2O 2∶H2O = 1∶1∶10的溶液和HCl∶H2O 2∶H2O = 1∶1∶20的溶液連續(xù)蝕刻非常薄的GaAs層，該步驟的目標(biāo)是去除金屬污染物并在GaAs晶片表面上形成非常薄的氧化層；最后用NH4OH : H2O = 1 : 5的溶液作為去除的氧化層。GaAs晶片的操作證明了該工藝的有效性。通過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜對(duì)氧化物成分進(jìn)行表征。通過(guò)全反射X射線(xiàn)熒光光譜和原子力顯微鏡觀(guān)察金屬污染和表面形態(tài)。研究結(jié)果表明，清洗后的表面無(wú)污染或無(wú)金屬污染。此外，對(duì)于使用旋轉(zhuǎn)超聲霧化技術(shù)的外延生長(zhǎng)，GaAs襯底表面非常光滑。

介紹

清潔是GaAs基和硅基器件上外延層的關(guān)鍵問(wèn)題。通常，在基于GaAs的二極管激光器的緊湊、波長(zhǎng)選擇范圍廣或者將光束耦合到光纖中的可能性等優(yōu)點(diǎn)具有吸引力的領(lǐng)域中，它限制了設(shè)備；在微電子學(xué)發(fā)展的硅基集成電路的可靠性中，限制器件可靠性和電學(xué)特性的主要因素是晶片清洗的清潔度。

過(guò)去開(kāi)發(fā)了許多清洗工藝，其中RCA 1]可能是最有影響力的一種?；诘谝徊皆趬A性介質(zhì)中清洗晶片，第二步在酸性反應(yīng)物中清洗晶片，該工藝對(duì)表面微觀(guān)粗糙度產(chǎn)生不利影響，并使氧化層更加致密和絕緣。因此，在過(guò)去的十年中，已經(jīng)產(chǎn)生了更多的、主要是專(zhuān)有的工藝。他們致力于通過(guò)改變不同的蝕刻介質(zhì)和/或清洗方法來(lái)去除微粒、有機(jī)、金屬污染物的化學(xué)計(jì)量和表面粗糙度。

為此，人們采用了各種技術(shù)手段，例如，化學(xué)清洗法是將超聲波清洗過(guò)的GaAs表面在流動(dòng)的去離子水的作用下產(chǎn)生一個(gè)無(wú)損傷的表面。

用含氯水溶液或最近用原子氫處理GaAs表面以獲得化學(xué)計(jì)量比表面來(lái)去除硅晶片上的氧化物和碳污染。不幸的是，表面粗糙和污染在納米技術(shù)中是不可避免的，術(shù)語(yǔ)“清潔”是非常主觀(guān)的。具有理想的電、化學(xué)和物理性能的襯底還沒(méi)有出現(xiàn)，仍然需要新的工藝。

本文介紹了我們?nèi)A林科納一種利用旋轉(zhuǎn)超聲霧化溶液和表面敏感技術(shù)制備GaAs襯底的無(wú)金屬表面、無(wú)顆粒表面和無(wú)氧化物層的新方法:用X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)表征氧化物成分，用全反射X射線(xiàn)熒光光譜(TXRF)分析金屬污染，用原子力顯微鏡(AFM)觀(guān)察表面形貌。本文詳細(xì)介紹了該工藝，并給出了處理后GaAs晶片的性能結(jié)果。

結(jié)果和討論

眾所周知，半導(dǎo)體激光器和電路的器件性能和可靠性受到晶片表面化學(xué)污染物和特定雜質(zhì)的嚴(yán)重影響。晶片清洗的目的是從半導(dǎo)體表面去除任何特殊的和化學(xué)的雜質(zhì)，而不損傷或有害地影響襯底表面。有幾種污染類(lèi)型，如分子型、離子型和原子型。晶片表面上的分子污染膜會(huì)妨礙有效的清洗，損害沉積膜的良好粘附性，并形成有害的分解產(chǎn)物。離子污染物在半導(dǎo)體器件中引起許多問(wèn)題。在高溫處理期間，它們可能擴(kuò)散到半導(dǎo)體的主體中，導(dǎo)致電缺陷和器件退化。來(lái)自化學(xué)和工藝的金屬污染物，例如重金屬、堿金屬和輕金屬，對(duì)半導(dǎo)體器件的性能尤其有害。半導(dǎo)體晶片上的金屬污染物會(huì)導(dǎo)致氣相生長(zhǎng)外延層中的結(jié)構(gòu)缺陷，并降低柵極氧化物的擊穿電壓。由TXRF測(cè)量的用旋轉(zhuǎn)超聲霧化溶液濕法化學(xué)清洗工藝制備的GaAs晶片表面上殘留金屬污染物的結(jié)果總結(jié)在表1中。許多金屬雜質(zhì)如鐵、鈣、鋁、鈦、鋅和鎂被溶解，為了獲得高質(zhì)量的外延層，晶片表面氧化層必須在外延過(guò)程中容易分解，并且需要光滑的表面。通過(guò)AFM觀(guān)察表面形態(tài)，如圖1所示，在2×2 μm 2正方形上測(cè)定的表面均方根粗糙度等于0.163 nm。GaAs晶片表面上的所有氧化物，例如As2O3、As2O5、Ga2O3、Ga2O5，如果這些氧化物存在于基于GaAs的半導(dǎo)體激光器中，并且這些氧化物充當(dāng)非輻射復(fù)合中心和吸收，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性的光學(xué)損傷。

結(jié)論

我們?nèi)A林科納首次使用旋轉(zhuǎn)超聲霧化溶液清洗GaAs表面。這項(xiàng)新技術(shù)為濕表面清潔處理開(kāi)辟了新的前景生產(chǎn)線(xiàn)上的GaAs和硅加工?？傊?，我們通過(guò)使用旋轉(zhuǎn)超聲波霧化溶液成功地清潔了無(wú)金屬雜質(zhì)表面、無(wú)顆粒表面和無(wú)氧化層表面。在NH4OH : H2O2 : H2O = 1 : 1 : 10和HCl : H2O2 : H2O =中清洗1 : 1 : 20溶液依次進(jìn)行蝕刻，NH4OH : H2O =1∶5的溶液去除氧化層，并且用旋轉(zhuǎn)超聲霧化溶液是制備用于外延生長(zhǎng)的GaAs襯底的合適的表面處理。

審核編輯：符乾江