书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：GaAs表面湿法清洗在旋转超声雾化溶液中的处理

编号：JFKJ-21-

作者：炬丰科技

关键词:GaAs；清洁；超声波雾化

摘要

本文介绍了一种新的GaAs表面湿法清洗工艺。它的设计是为了技术上的简单和在GaAs表面产生的最小损害。它结合了GaAs清洗和三个条件，包括去除热力学不稳定的物质和热清洗后必须完全去除表面氧化层，以及(3)必须提供光滑的表面。清洗过程采用旋转超声雾化技术。首先通过有机溶剂去除杂质；第二次NH4OH:H2O2:H2O=1:1:10溶液和HCl:H2O2:H2O=1:1:20溶液依次刻蚀非常薄的GaAs层，该步骤的目标是去除金属污染物并在GaAs晶圆表面形成非常薄的氧化层；最终，NH4OH:H2O=1:5溶液被用作去除的氧化物层。GaAs晶圆的运行证明了该工艺的有效性。用x光电子能谱对氧化物成分进行了表征。用全反射X射线荧光光谱和原子力显微镜观察金属污染和表面形貌。研究结果表明，清洗后的表面无污染或无金属污染。此外，对于使用旋转超声雾化技术的外延生长，GaAs衬底表面非常光滑。

介绍

清洗是基于GaAs和基于硅的器件的外延层中的关键问题。通常，它将器件限制在基于GaAs的二极管激光器紧凑、波长选择范围广或有可能将光束耦合到光纤等优点非常突出的领域；在用于微电子发展的硅基集成电路的可靠性方面，限制器件可靠性和电特性的主要因素是晶片清洗的清洁度。

本文介绍了一种利用旋转超声雾化溶液和表面敏感技术制备GaAs衬底无金属表面、无颗粒表面和无氧化物层的新方法:用X射线光电子能谱(XPS)表征氧化物成分，用totalreflectionX-ray荧光谱(TXRF)分析金属污染，用原子力显微镜(AFM)观察表面形貌。本文详细介绍了处理过程，并给出了处理后的GaAs晶片的性能结果。

实验的

超声雾化原理5是利用超声换能器产生的超声波通过雾化介质传播，在气液界面形成表面张力波，液体分子相互作用力被超声空化效应破坏并从液体表面拉出形成小液滴，最后液体以气溶胶状态被雾化。超声雾化产生的小液滴喷射速度低，因此可以获得均匀分散的2-4m液滴.7，液滴的初始速度几乎为零，载气所需的流量很小，因此小液滴流的高密度容易产生，有利于运输和沉积。这些确保了在清洗晶片的过程中溶液浓度是均匀的，并确保清洗晶片表面获得一致的结果。

旋转超声雾化是指利用机械手段高速旋转晶圆。通过连续喷射超声雾化，将小液滴喷射到晶片表面，达到高速旋转晶片法清洗晶片的目的。

结果和讨论

表1总结了由TXRF测量的用旋转超声雾化溶液湿化学清洗工艺制备的GaAs晶片表面上残留金属污染物的结果.许多金属杂质如铁、钙、铝、钛、锌和镁被溶解，为了获得高质量的外延层，晶片表面氧化物层必须在外延过程中容易分解，并且需要光滑的表面。通过原子力显微镜观察表面形态，如图。1，并且在2个2m2正方形上确定的表面的均方根粗糙度等于0.nm。GaAs晶圆表面的所有氧化物。As2O3、As2O5、Ga2O3、Ga2O5，如果这些氧化物存在于基于GaAs的半导体激光器中，并且那些用作非辐射复合中心和吸收，甚至会导致灾难性的光学损伤。

在最终清洁晶片的情况下，我们测量了清洁GaAs晶片之前和之后的Ga3d峰和As3d峰的光谱。二和三.在Ga3d光谱中，XPS光谱-trum以20.49和19.17eV的峰值为主，分别被指定为氧化镓和GaAs基质。在As3d光谱中，43.97和41.01eV处的峰分别被指定为As2O3和GaAs基底。用旋转超声雾化溶液清洗的GaAs衬底表面在GaAs表面显示出非常少的氧化物，因此新的处理技术可以提高GaAs基和硅基器件的性能并防止灾难性的光学损伤。