DE-102013002637-B4 - Verfahren zur Herstellung eines Galliumarsenidsubstrats, Galliumarsenidsubstrat und Verwendung desselben

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines oberflächenbehandelten Galliumarsenidsubstrats, welches die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Galliumarsenidsubstrats; b) Oxidationsbehandlung mindestens einer Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats im trockenen Zustand mittels UV-Strahlung und/oder Ozon-Gas; c) Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit mindestens einem flüssigen Medium; beinhaltend die folgenden Unterschritte: c-i) Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit alkalischer wässriger Lösung, c-ii) nachfolgendes Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit Wasser, c-iii) nachfolgendes Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit saurer wässriger Lösung, c-iv) darauffolgendes weiteres Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit Wasser,. d) Marangoni-Trocknen des Galliumarsenidsubstrats.

Inventors

• Wolfram Fliegel
• Christoph Klement
• Christa Willnauer
• Max Scheffer-Czygan
• Andre Kleinwechter
• Stefan Eichler
• Berndt Weinert
• Michael, Dr. Mäder

Assignees

• FREIBERGER COMPOUND MATERIALS GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20130215

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenbehandelten Galliumarsenidsubstrats, welches die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Galliumarsenidsubstrats; b) Oxidationsbehandlung mindestens einer Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats im trockenen Zustand mittels UV-Strahlung und/oder Ozon-Gas; c) Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit mindestens einem flüssigen Medium; beinhaltend die folgenden Unterschritte: c-i) Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit alkalischer wässriger Lösung, c-ii) nachfolgendes Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit Wasser, c-iii) nachfolgendes Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit saurer wässriger Lösung, c-iv) darauffolgendes weiteres Kontaktieren der mindestens einen Oberfläche des Galliumarsenidsubstrats mit Wasser,. d) Marangoni-Trocknen des Galliumarsenidsubstrats.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei Schritt c-i) unter Anwendung von Megaschall erfolgt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 , wobei im Schritt c-i) eine alkalische wässrige Lösung verwendet wird, die eine Lösung von NH 3 oder organischem Amin in Wasser, bevorzugt von NH 3 ist.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei Schritt c-iii) in Anwesenheit eines Oxidationsmittels erfolgt; und in Schritt c-iv)das Wasser mindestens anfänglich einen pH-Wert modifizierenden Zusatzstoff enthält.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4 , wobei die saure wässrige Lösung eine Lösung von HCl oder HF in Wasser ist und das wahlweise Oxidationsmittel in der sauren wässrigen Lösung Ozon oder H 2 O 2 ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5 , wobei in Schritt c) im Anschluss an Schritt iv) weitere Schritte gemäß den Schritten i) und ii) durchgeführt werden.
7. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von oberflächenbehandelten Galliumarsenidsubstraten, wobei gleichzeitig eine Vielzahl von Galliumarsenidsubstraten in dem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche den jeweiligen Schritten b)-d) unterzogen werden.
8. Galliumarsenidsubstrat, welches mindestens eine Oberfläche aufweist, die bei ellipsometrischem lateralen Substratmapping mit einem optischen Oberflächenanalysator, bezogen auf einen Substratdurchmesser von 150 mm als Referenz, eine Defektzahl von < 6000 und/oder eine summierte Defektfläche von kleiner als 2 cm 2 aufweist, wobei ein Defekt als eine zusammenhängende Fläche größer als 1000 µm 2 mit einer Abweichung vom mittleren Messsignal bei ellipsometrischem lateralen Substratmapping mit einem optischen Oberflächenanalysator von mindestens ± 0,05 % definiert ist.
9. Galliumarsenidsubstrat gemäß Anspruch 8 , wobei der Durchmesser mindestens 100 mm, bevorzugt mindestens 150 mm und weiter bevorzugt mindestens 200 mm beträgt.
10. Galliumarsenidsubstrat gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 , wobei die mindestens eine Oberfläche innerhalb von 6 Monaten nach der Herstellung eine sich nicht verschlechternde Variation des lateral aufgelösten hintergrundbereinigten Messsignals bei ellipsometrischem lateralen Substratmapping mit einem optischen Oberflächenanalysator aufweist.
11. Verwendung des Galliumarsenidsubstrats gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9 für epitaktisches Kristallwachstum, wahlweise nach Lagerung und bevorzugt ohne Vorbehandlung nach Bereitstellen des Galliumarsenidsubstrats und vor dem epitaktischen Kristallwachstum.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenbehandelten Galliumarsenidsubstrats sowie ein Galliumarsenidsubstrat als solches sowie die Verwendung desselben. Hintergrund der Erfindung Galliumarsenid-Substratwafer werden zur Herstellung von Hochfrequenzverstärkern und -schaltern sowie von lichtemittierenden Bauelementen wie Halbleiterlasern und Lumineszenzdioden verwendet. Die Bauelementstrukturen (Transistoren und Dioden) werden typischerweise aus epitaktisch abgeschiedenen Mischkristallstapeln variabler Elemente erzeugt, die ausgewählt sein können aus der Gruppe Ga-In-As-P-Al-N, wobei in den einzelnen Schichten durch bestimmte Zusammensetzungen verschiedene elektronische Eigenschaften bei gleichen Kristallgitterparametern eingestellt werden können. Diese Art von Gitter-angepasster Epitaxie strebt eine sehr hohe Schichtqualität und geringe Defektdichten an. Dabei hängt die Schichtqualität nicht nur von den Bedingungen im Epitaxieprozess ab, sondern wird auch von den Substrateigenschaften beeinflusst. Die Herstellung von GaAs-Substraten beginnt mit der Züchtung entsprechender Massekristalle und der anschließenden Vereinzelung in einem Säge-/Trennprozess (siehe zum Beispiel T. Flade et al., „State of the art 6“ SI GaAs wafers made of conventionally grown LEC-crystals", Journal of Crystal Growth, 198-199(1), 1999, S. 336-342 und Th. Bünger et al., „Development of a vertical gradient freeze process for low EPD GaAs substrates“, Materials Science and Engineering B, 80(1), 2001, S. 5-9). Danach werden die Substrate in einem mehrstufigen Prozess behandelt, u.a. poliert, um vorteilhafte Eigenschaften von Geometrie (Dicke, Verbiegung, Keiligkeit) und Rauigkeit zu erhalten (siehe z.B. Flade et al.). Nach dem letzten Politurschritt liegt die pure hochreaktive GaAs-Oberfläche offen und es beginnt unweigerlich sofort ein Oxidwachstum. Die typische nachfolgende Reinigung in flüssigen Medien bedingt eine Abfolge von Oxidbildungs- bzw. Oxidlösungsschritten und dient in erster Linie zur Absenkung von Partikelanzahl und von Restverunreinigungen bzw. Restkontaminationen auf dem Substrat. Während der letzten Reinigungsschritte und der anschließenden Trocknung des Substrates bildet sich eine Oxidschicht aus. Diese kann sich noch in der Zeit bis zum Einsetzen der Substrate in die Epitaxie-Apparatur verändern (siehe z.B. D.A. Allwood, S. Cox, N.J. Mason, R. Palmer, R. Young, P.J. Walker, Thin Solid Films, 412, 2002, S. 76-83) Die Zusammensetzung der Oxidschicht lässt sich beispielsweise durch Röntgen-angeregte Photoelektronenspektroskopie (XPS) messen, in der Rumpfelektronen des oxidierten Atoms spektroskopiert werden. Die Oxidationszustände lassen sich aus der energetischen Verschiebung der angeregten Elektronen bestimmen. Die Messmethodik ist am Beispiel GaAs in C.C Surdu-Bob, S.O Saied, J.L Sullivan, Applied Surface Science, Volume 183(1-2), 2001, S. 126-136 ausführlich beschrieben. Das Verhältnis von Arsen- und Galliumoxiden liegt je nach Oxidationsbedingungen zwischen 1 und 5. Es treten typischerweise GaO, Ga2O3 und As2O, AsO, As2O3, As2O5 auf (siehe z.B. F. Schröder-Oeynhausen, „Oberflächenanalytische Charakterisierung von metallischen Verunreinigungen und Oxiden auf GaAs“, Dissertation, Universität Münster, 1996 und J.S. Song, Y.C. Choi, S.H. Seo, D.C. Oh, M.W. Cho, T. Yao, M.H. Oh, Journal of Crystal Growth, 264, 2004, S. 98-103). Aus dem Stand der Technik ist ferner das Dokument JP H10-12 577 A bekannt. Dieses beschreibt ein nasschemisches Trocknungsverfahren mit herkömmlicher Trocknung. Ferner ist das Dokument US 2008 / 0 292 877 A1 bekannt. Dieses offenbart verschiedene Reinigungsverfahren für GaAs-Substrate, ohne dabei eine Oxidationsbehandlung mittels UV/Ozon-Gas vorzunehmen. Ferner ist das Dokument JP H09 - 320 967 A bekannt. Dieses offenbart eine UV/Ozon-Behandlung von GaAs mit anschließendem Epitaxie-Wachstum, ohne aber eine wirkliche Wafer-Reinigung. Ferner ist das Dokument JP H11 - 204 471 A bekannt. Dieses offenbart einen spiegelpolierten Verbindungshalbleiterwafer, der in einem Polierschritt und Reinigungsschritt mit organischem Lösungsmittel erhalten wurde, und in einem Oxidationsschritt oxidiert und anschließend in einem Reinigungsschritt einschließlich eines Alkalireinigungsschritts gereinigt wird. Ferner ist das Dokument CN 1 787 178 A bekannt. Dieses offenbart ein Verfahren zum Reinigen von Galliumarsenid-Wafern, das die folgenden grundlegenden Schritte umfasst: (1) erstmaliges Durchführen einer Megaschall-Reinigung unter Verwendung einer ersten Lösung; (2) erstmaliges Spülen; (3) erstmaliges Trocknen; (4) Reinigen mit einer UV-Ozon-Reinigungsmaschine; (5) erstmaliges Durchführen einer Megaschall-Reinigung unter Verwendung einer zweiten Lösung; (6) zweites Spülen; (7) zweites Trocknen. Die erste Lösung ist eine alkalische wässrige Lösung, die eine leicht korrosive Wirkung auf das Galliumarsenid hat; die zweite Lösung ist eine saure wässrige Lösung, die eine korrosive W