1理論分析化合物半導(dǎo)體器件絕大多數(shù)都是采用外延層做有源層,單晶做襯底。影響晶片表面質(zhì)量的拋光及拋光后表面的清洗處理成為影響外延質(zhì)量的重要因素。高質(zhì)量的免洗拋光片的表面應(yīng)當(dāng)具備以下要素:表面無顆粒、有機(jī)物、金屬離子沾污;表面氧化層必須能夠在高溫處理下完全去除;拋光片表面去除氧化層后必須平坦均一。微粒往往被認(rèn)為是表面污染源的點(diǎn)源,表面顆粒會引起圖形缺陷、影響外延質(zhì)量布線的完整性以及鍵合強(qiáng)度和表層質(zhì)量。研究表明,當(dāng)表面顆粒度小于10@013μm時,不會影響外延質(zhì)量。金屬離子沾污會破壞薄氧化層的完整性,增加漏電流密度,影響器件的穩(wěn)定性,增加暗電流,造成結(jié)構(gòu)缺陷或霧狀缺陷。Cu、Au、Fe等重金屬元素形成深能級而降低少數(shù)載流子的壽命,并產(chǎn)生晶格缺陷。因此,清除這些金屬雜質(zhì)是十分必要的。在晶片中,金屬離子污染物個數(shù)必須被控制在1010/cm2甚至更少。表面有機(jī)沾污容易使外延片表面出現(xiàn)白斑,蠟和有機(jī)試劑是重要的污染源,因此表面去蠟和去除有機(jī)試劑必須徹底。盡管拋光片包裝在惰性氣氛下,但晶片表面自然氧化層早已在包裝前形成。當(dāng)外延生長溫度加熱到580℃以上時,GaAs晶片表面的自然氧化層便會自動分解去除。但當(dāng)溫度高于450℃時,由于As2O3的揮發(fā),原來的Ga2O3和As2O3按化學(xué)計量比組成的混合物將變成純凈的Ga2O3。研究表明,在去除表面氧化層的過程中有揮發(fā)性的Ga2O的產(chǎn)生,反應(yīng)過程為
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當(dāng)氧化層很薄時,氧化層與襯底交界面的反應(yīng)很容易穿越表面使得Ga2O3的去除非常容易;但是當(dāng)氧化層較厚時,反應(yīng)僅發(fā)生在氧化層比較薄的地方,氧化層的去除將會不協(xié)調(diào)并在表面形成島狀。所以表面具有均勻的富As的薄氧化層非常必要。
2清洗過程分析
2.1清洗前準(zhǔn)備晶片采用低溫液體蠟(SKYLIQUIDGP3011AT2)進(jìn)行粘片,通過化學(xué)機(jī)械拋光后,將晶片從陶瓷盤上取下裝入潔凈的白花籃中準(zhǔn)備去蠟。
2.2背面蠟層去除去蠟通常采用有機(jī)溶劑浸泡溶解或?qū)Ｓ萌ハ炈暼ハ灥姆椒āＭǔ２捎肒ILALACLEAN101去蠟水超聲去蠟,但由于去蠟水本身的強(qiáng)堿性,As2O3和Ga2O3均為偏酸性兩性氧化物,采用去蠟水去蠟后將會使晶片表面拋光后形成的氧化層溶解,使得拋光片表面的砷鎵元素化學(xué)計量比發(fā)生偏移,改變表面的微觀形貌。為了盡可能的保持晶片拋光后的表面狀況,采用MOS級異丙醇超聲去蠟。去蠟在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行,采用超聲波清洗機(jī)分3次超聲去蠟,每次5min,溫度控制在25～30℃。由于液體蠟在異丙醇中的溶解度很高,異丙醇為中性有機(jī)溶劑,又極易溶于水,相對于使用的液體蠟,是一種理想的去蠟劑。
2.3表面顆粒、殘留有機(jī)物和沾污金屬離子的去除兆聲波清洗是濕法化學(xué)清洗的重要方法,極利于表面微粒的去除,兆聲波清洗的機(jī)理是利用高能(850kHz)頻振效應(yīng)并結(jié)合化學(xué)清洗劑的化學(xué)反應(yīng)對晶片進(jìn)行清洗的。清洗時不形成超聲波清洗那樣的氣泡,只以高速的流體連續(xù)沖擊晶片表面,使晶片表面附著的污染物和微粒被強(qiáng)制除去并進(jìn)入到清洗液中[1],兆聲波清洗原理如圖1所示。這種方法能同時起到機(jī)械擦片和化學(xué)清洗兩種方法的作用。采用5種不同配比的溶液進(jìn)行兆聲清洗,溶液中均添加一定量的表面活性劑。工藝過程如表1所示。
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表1中所用試劑均為高純試劑,NH4OH為氨水;H2O2為雙氧水;KOH為40%氫氧化鉀。
3測試結(jié)果分析311表面金屬離子濃度測試通過全反射X熒光光譜(TXRF)對表面金屬離子濃度進(jìn)行測試,測試結(jié)果如表2所示(表中Natom為離子個數(shù))。通過H2O2的強(qiáng)氧化和NH4OH的溶解作用,使有機(jī)物沾污變成水溶性的化合物,隨去離子水的沖洗而被排除。由于溶液有強(qiáng)氧化性和絡(luò)合性,能氧化Al、Fe、Mg等使其變成高價離子,然后進(jìn)一步與堿作用,生成可溶性絡(luò)合物隨去離子水的沖洗而去除。但這種清洗很難完全去除Cu、Au等貴金屬,必須采用電負(fù)性更強(qiáng)的鹽酸或氫氟酸與雙氧水混合溶液來去除。通過數(shù)據(jù)測試發(fā)現(xiàn)方案3的金屬離子濃度總體較低。
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3.2表面As/Ga比和表面粗糙度測試通過XPS對表面As/Ga原子物質(zhì)的量濃度比進(jìn)行測試并采用Tencor2AS2500臺階儀測試晶片表面粗糙度,結(jié)果如表3。
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GaAs拋光片表面的自然氧化層主要由Ga2O3、As2O3、As2O5和As組成[2],As2O3、As2O5和Ga2O3均為偏酸性的兩性氧化物,在堿性溶液中形成可溶性的亞砷酸鹽、砷酸鹽和鎵酸鹽,在酸性溶液中形成各自的鹽溶液,其反應(yīng)式為
H2O2→H2O+(O)(2)
2GaAs+6(O)→Ga2O3·As2O3(3)
Ga2O3·As2O3+12[H+]→2As3++2Ga3++6H2O(4)
As2O5+10[H+]→2As5++5H2O(5)
Ga2O3·As2O3+12[OH-]→2AsO3-3+2GaO3-3+6H2O(6)
s2O5+6OH-→2AsO3-4+3H2O(7)
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5結(jié)語為了提高LED熱阻測試精度,應(yīng)根據(jù)功率電流來選擇適當(dāng)?shù)臏y試電流,選擇多點(diǎn)擬合出溫度系數(shù),精確控制和測量殼溫,選擇恰當(dāng)?shù)墓β始訜釙r間。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)室積累多年的熱阻測試數(shù)據(jù)和統(tǒng)計結(jié)果,列出大功率LED穩(wěn)態(tài)結(jié)到殼熱阻的測試步驟,根據(jù)各個步驟的誤差來源提出較準(zhǔn)確的修正方法,并設(shè)計簡單的試驗(yàn)來驗(yàn)證測試結(jié)果,希望能夠?yàn)長ED熱阻測試標(biāo)準(zhǔn)提供參考。
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