[發明專利]一種真空低溫濕法刻蝕方法

在審

• 申請號: 201410319809.0
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN105280519A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 蘭育輝;陳宏
• 申請（專利權）人: 張家港市超聲電氣有限公司;蘭育輝;陳宏
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/30
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 田媛;靳靜

技術領域

本發明涉及半導體激光二極管(LD)及光電二極管(PD)和發光二極管(LED)芯片制造領域,尤其涉及一種真空低溫濕法刻蝕方法。

背景技術

目前,在高速直接調制的激光器的設計與制作中,所采用的材料體系包括InGaAsP,InGaAs/InGaAlAs/InP和InGaAs/GaAs等.大部分高速半導體激光器所采用的是InGaAsP材料體系,并采用了雙溝掩埋型和脊背型結構，并使用多次MOCVD外延生長技術.因此,在半導體激光器芯片工序中其核心技術是如何獲得穩定的雙溝掩埋型或脊背型結構的微米級外型尺寸及材料表面形態,將直接影響到多次MOCVD材料外延生長品質和半導體激光器的工作特性.目前在半導體激光芯片工序中,行業內大量采用人工化學濕法刻蝕方法來刻蝕雙溝掩埋型或脊背型結構.并且,在整個芯片工序中多次使用人工化學濕法刻蝕工序.

在LD芯片工序中、又大體分為成膜、光刻、刻蝕三大工藝。刻蝕工藝包括濕法刻蝕和干法刻蝕,濕法刻蝕是通過對對象材料(各種外延晶體結構層)與藥液之間的化學反應對對象材料進行刻蝕；干法刻蝕主要是指利用低壓放電產生的等離子體中的離子或游離基與材料發生化學反應或通過轟擊等物理作用進行刻蝕。經過刻蝕工藝將光刻工程、顯影后沒有被光阻覆蓋的膜層部分去除,最終形成需要的立體工藝圖形。

在LD芯片工序中,化學濕法刻蝕用來對基板上的各種成份配比的組合層如(InGaAsP/InP,AlGaInAs/InP)(InGaAsP/InP,InGaAsP/InP/AlInAs)(InGaAs/InP,AlGaInAs/InP)(InGaAsP/InP,AlGaInAs/InP,InGaAsP/InP/AlInAs)各種復合層及SiO2、SiN4層進行刻蝕.對于不同產品考慮到線寬尺寸以及光波導等方面的問題,同一功能膜層會使用不同的金屬外延層元素的配比及厚度來外延成膜,以求達到最佳的光電學性質,這樣對于各種復合外延晶體膜層的刻蝕提出了更高的要求,盡可能采用分層次分化學刻蝕液來完成逐層刻蝕。

目前在LD芯片工序中主要使用的化學濕法刻蝕液是含不同濃度的化學復配原料組成BOE:H2O＝(1:1—1:7)水溶液.H2SO4:H2O2:H2O(10:1:1)和一定比例的Br溶于甲醇配制的刻蝕液.其中BOE是由氫氟酸和氟化銨、按不同比例配制而成.沸點在18度,極容易揮發吸水.同時用溴配制的甲醇溶液,沸點(58.8度)低、易揮發、在不穩定的環境氣氛和溫度、濕度條件下易造成工藝過程中刻蝕液濃度發生變化.加上由于刻蝕時間短以秒為單位將直接反映在濕法刻蝕速率發生跳躍性變化,引發生產工藝不穩定.特別在LD芯片光波導的刻蝕制程中,波導深度和寬度這二個微米結構尺寸的技術指標難以控制.造成產品報廢及良品率下降,目前只有靠人工操作分階段逐層進行刻蝕和測量比對,生產周期長,并且受到操作人員的人為主觀判斷因素影響.造成產品不能大量生產及良品率無法控制、波動大等一系列阻礙生產的工藝難點及生產瓶頸。

如何使用全自動刻蝕裝備來解決半導體激光芯片工序中、人工濕法刻蝕方法對工藝控制的難點

發明內容

本發明提供的技術方案是一種真空低溫濕法刻蝕設備及方法。本發明的半導體芯片制作方法是將需刻蝕的晶圓芯片、第一步先經真空芯片表面形態預處理裝置去除芯片表面吸咐的大氣有機物、第二步進入真空芯片表面溶劑浸透預處理裝置將濕法刻蝕液使用的溶劑在真空低溫狀態下充分地進行表面浸透處理、第三步進入真空低溫化學濕法刻蝕系統按所編程序、對晶圓上芯片進行真空低溫化學濕法刻蝕、第四步將刻蝕后的晶圓進入全自動清洗裝置中對其表面充分清洗去除殘余刻蝕液、第五步將晶圓送入至熱氮氣烘干裝置對其表面進行干燥、第六步完成刻蝕后的晶圓自動進入無塵晶圓盒中。其中化學刻蝕液自動混配裝置和機械手運輸晶圓等輔助系統充分保證工藝過程的穩定性和重復性。

此發明的意義在于解決了長期以來困擾半導體激光芯片工序中、化學濕法刻蝕工藝不穩定和良品率低、人工操作無法使用機械裝置或設備來完成的工序瓶頸，有利于縮短工藝時間及對產品光波導技術指標的控制能力、更適合半導體激光芯片的批量化生產。

具體設備和加工方法為：

1)、真空低溫濕法刻蝕設備