GaAs晶圆的清洗和表面处理工艺

GaAs晶圆作为常用的一类晶圆，在半导体功率芯片和光电子芯片都有广泛应用。而如何处理好该类晶圆的清洗和进一步的钝化工作是生产工艺过程中需要关注的点。

我们知道GaAs晶圆或者在GaAs上长的外延片，都是从GaAs衬底而来的，GaAs衬底大都是有GaAs锭中切割下来的，中间经过拉单晶、打磨、倒角、切片、抛光等一系列工艺，中间肯定有污染。

而GaAs本身作为一种复杂的高缺陷半导体，表面存在大量悬挂键，半导体界面处存在大量电活性缺陷，导致表面费米能级钉扎，而且其本身的表面结构十分不稳定，在空气中长时间存放，会与空气中的氧气发生反应，产生表面氧化物，引入了大量的杂质缺陷。由于GaAs具有较高的体表面积比，使其表面态密度升高，耗尽层厚度变大，非辐射复合增强，从而导致了GaAs的表面发光减弱，表面电流增大，对其发光特性及电学特性都产生了严重的影响，也严重限制了它在光电子器件中的应用。为了改变这一弊端，我们需要对GaAs进行表面处理，降低表面氧化物和杂质缺陷对GaAs的影响，使其能够得到更加广泛的应用。

GaAs表面特别是GaAs外延，类似硅片一样需要表面做处理之后才能继续做厚度镀膜或者光刻工艺。

表格是半导体硅片常用的RCA清洗工艺，分4个工艺步骤。

GaAs因为不耐酸碱，第一步是耐不住的，第二步和第三步是可以用，也就是稀氨水+ 双氧水的溶液，可以去除表面的一些附着物。NH4OH∶H2O2∶H2O = 1∶0.5∶20的溶液和HCl∶H2O2∶H2O = 1∶0.5∶10的溶液连续蚀刻非常薄的GaAs层.

有时还需要先用丙酮和异丙醇来清洗表面的有机物等。然后再用上述的溶液腐蚀表面。

而在GaAs镀金属电极做欧姆接触电极时，镀金之前需要重点做工艺处理，可以采用1：10的稀盐酸做腐蚀，时间要控制好，别腐蚀到外延层包层里面了。

GaAs经物理机械减薄后表面层中会形成 Ｇａ，Ａｓ 悬键氧化物、二聚键等界面缺陷，经酸、碱清洗处理表面可有效地降低 Ｇａ－Ｏ、Ａｓ－Ｏ 化合物、界面缺陷，使得界面态密度从 ４.３×１０E12ｅＶ-1ｃｍ-2降低到 ９.８×１０１１ｅＶ－１ｃｍ-2 ，碱处理表面氧元素的含量从４５％降低到 ４２％，酸处理表面氧元素的含量从 ４５％降低到 ４１％，且酸处理效果明显优于碱处理。特别是经酸处理后GaAs 表面 Ga 的氧化物含量降低了６％，去除率达 ４８. ８％，Ａs的氧化物含量降低了，去除率达 ２３％，所以此次界面态密度的降低应该主要与Ga的氧化物减少相关。

关于GaAs的表面态的问题，常规GaAs工艺可能不是特别的关注，以上工艺处理也只是基于把片子洗干净，不影响厚度的光刻、镀膜工艺。

其实GaAs的表面态的研究对激光器的抗COD有很大关系，比如侧发光激光器等，激光在光腔表面射出，希望表面没有氧化层。也就是去除养护层之后，然后再弄一层稳定的介质给GaAs做钝化。

GaAs进行表面钝化的方法主要分为表面湿法钝化、干法两种方法。

其中表面湿法钝化主要是指将需要进行表面处理的GaAs浸泡在含有S元素或N元素的溶液中，使GaAs所生成的表面氧化物与溶液发生化学反应，从而将氧化层除去，达到提高GaAs光电特性的目的，如图1所示。由于钝化后的GaAs表面会与空气中氧气再次反应形成氧化物，所以湿法钝化后的GaAs稳定性依旧很差。干法钝化主要是将GaAs表面与空气隔离，从而阻断其表面的化学反应，干法钝化主要分为等离子体钝化和生成表面钝化膜两种。等离子体钝化主要是采用Ar等离子体、N2等子离子体和F等离子体等荷能离子对GaAs表明进行轰击，从而达到表面钝化的目的，等离子体钝化比较稳定，不易引入杂质，等离子体钝化处理装置结构如图2所示。生成表面钝化膜是在GaAs表面生成一层保护膜，减少载流子的非辐射复合，并且还可以产生和等离子体钝化相同的钝化效果。

图1

其实还有一种方法，不用钝化，就是真空解离，在没有氧气的环境下解离激光器芯片，表面没有氧气的参与就不会形成氧化层。但是工艺设备比较复杂。