[发明专利]一种真空低温湿法刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光二极管(LD)及光电二极管(PD)和发光二极管(LED)芯片制造领域,尤其涉及一种真空低温湿法刻蚀方法。

背景技术

目前,在高速直接调制的激光器的设计与制作中,所采用的材料体系包括InGaAsP,InGaAs/InGaAlAs/InP和InGaAs/GaAs等.大部分高速半导体激光器所采用的是InGaAsP材料体系,并采用了双沟掩埋型和脊背型结构，并使用多次MOCVD外延生长技术.因此,在半导体激光器芯片工序中其核心技术是如何获得稳定的双沟掩埋型或脊背型结构的微米级外型尺寸及材料表面形态,将直接影响到多次MOCVD材料外延生长品质和半导体激光器的工作特性.目前在半导体激光芯片工序中,行业内大量采用人工化学湿法刻蚀方法来刻蚀双沟掩埋型或脊背型结构.并且,在整个芯片工序中多次使用人工化学湿法刻蚀工序.

在LD芯片工序中、又大体分为成膜、光刻、刻蚀三大工艺。刻蚀工艺包括湿法刻蚀和干法刻蚀,湿法刻蚀是通过对对象材料(各种外延晶体结构层)与药液之间的化学反应对对象材料进行刻蚀；干法刻蚀主要是指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用进行刻蚀。经过刻蚀工艺将光刻工程、显影后没有被光阻覆盖的膜层部分去除,最终形成需要的立体工艺图形。

在LD芯片工序中,化学湿法刻蚀用来对基板上的各种成份配比的组合层如(InGaAsP/InP,AlGaInAs/InP)(InGaAsP/InP,InGaAsP/InP/AlInAs)(InGaAs/InP,AlGaInAs/InP)(InGaAsP/InP,AlGaInAs/InP,InGaAsP/InP/AlInAs)各种复合层及SiO2、SiN4层进行刻蚀.对于不同产品考虑到线宽尺寸以及光波导等方面的问题,同一功能膜层会使用不同的金属外延层元素的配比及厚度来外延成膜,以求达到最佳的光电学性质,这样对于各种复合外延晶体膜层的刻蚀提出了更高的要求,尽可能采用分层次分化学刻蚀液来完成逐层刻蚀。

目前在LD芯片工序中主要使用的化学湿法刻蚀液是含不同浓度的化学复配原料组成BOE:H2O＝(1:1—1:7)水溶液.H2SO4:H2O2:H2O(10:1:1)和一定比例的Br溶于甲醇配制的刻蚀液.其中BOE是由氢氟酸和氟化铵、按不同比例配制而成.沸点在18度,极容易挥发吸水.同时用溴配制的甲醇溶液,沸点(58.8度)低、易挥发、在不稳定的环境气氛和温度、湿度条件下易造成工艺过程中刻蚀液浓度发生变化.加上由于刻蚀时间短以秒为单位将直接反映在湿法刻蚀速率发生跳跃性变化,引发生产工艺不稳定.特别在LD芯片光波导的刻蚀制程中,波导深度和宽度这二个微米结构尺寸的技术指标难以控制.造成产品报废及良品率下降,目前只有靠人工操作分阶段逐层进行刻蚀和测量比对,生产周期长,并且受到操作人员的人为主观判断因素影响.造成产品不能大量生产及良品率无法控制、波动大等一系列阻碍生产的工艺难点及生产瓶颈。

如何使用全自动刻蚀装备来解决半导体激光芯片工序中、人工湿法刻蚀方法对工艺控制的难点

发明内容

本发明提供的技术方案是一种真空低温湿法刻蚀设备及方法。本发明的半导体芯片制作方法是将需刻蚀的晶圆芯片、第一步先经真空芯片表面形态预处理装置去除芯片表面吸咐的大气有机物、第二步进入真空芯片表面溶剂浸透预处理装置将湿法刻蚀液使用的溶剂在真空低温状态下充分地进行表面浸透处理、第三步进入真空低温化学湿法刻蚀系统按所编程序、对晶圆上芯片进行真空低温化学湿法刻蚀、第四步将刻蚀后的晶圆进入全自动清洗装置中对其表面充分清洗去除残余刻蚀液、第五步将晶圆送入至热氮气烘干装置对其表面进行干燥、第六步完成刻蚀后的晶圆自动进入无尘晶圆盒中。其中化学刻蚀液自动混配装置和机械手运输晶圆等辅助系统充分保证工艺过程的稳定性和重复性。

此发明的意义在于解决了长期以来困扰半导体激光芯片工序中、化学湿法刻蚀工艺不稳定和良品率低、人工操作无法使用机械装置或设备来完成的工序瓶颈，有利于缩短工艺时间及对产品光波导技术指标的控制能力、更适合半导体激光芯片的批量化生产。

具体设备和加工方法为：

1)、真空低温湿法刻蚀设备