砷化鎵、磷化鎵襯底幹處理方法
2023-10-17 06:54:19 1
專利名稱：砷化鎵、磷化鎵襯底幹處理方法
技術領域：
本發明涉及半導體材料襯底的處理技術，更詳細地是涉及光電子器件的砷化鎵、磷化鎵襯底表面處理技術。
半導體器件結構是一種多層結構，其製造是在稱為襯底的半導體晶體上生長不同的半導體材料，器件的成功要求生長材料的晶格是襯底晶格的延續，稱為外延。在襯底表面生長材料前需清洗乾淨，襯底表面結構完整並獲得原子清潔是外延成功的關鍵。
光電子器件主要以砷化鎵、磷化鎵為襯底，現有比較成熟的砷化鎵、磷化鎵襯底處理主要採用溼處理方法，包括如下步驟洗滌劑清洗-→去離子水漂清-→乙醇、丙酮脫水-→三氯乙烯或四氯化碳脫脂-→丙酮、乙醇過渡-→去離子水漂清-→化學腐蝕(用硫酸∶雙氧水∶水=5∶1∶1)-→去離子水漂洗-→乙醇、甲醇脫水。這種技術存在如下缺陷(1)技術複雜，設備成本高；(2)襯底清洗過程被自己產生的產物汙染，存在交叉汙染；(3)襯底脫水過程中被大氣汙染；(4)存在大量的有毒化學藥品的處理及環保問題，特別是水質汙染問題得不到解決；(5)襯底的處理與材料生長不能在同一設備內進行，使處理後的襯底片需要包裝、儲存和運輸，帶來塑料包裝材料的痕量汙染(汙染源是塑料分解釋放出的痕量氣體)；(6)由於半導體材料生長所用的襯底越來越大，而且很薄很脆，用常規的溼處理方法很難洗乾淨，或洗後產生非均勻腐蝕。
本發明的目的在於針對現有技術的缺點，提供一種砷化鎵、磷化鎵襯底的幹處理方法，採用無需水洗和脫水步驟、無腐蝕作用的氣態清洗劑，消除清洗產物的交叉汙染、水和大氣汙染，製備表面結構完整且達到原子清潔的襯底片。
本發明的砷化鎵、磷化鎵襯底的幹處理方法是直接用襯底生長材料的氣體源為清洗劑，使高速轉動的襯底表面與氣體源在高溫下相互作用而實現對襯底的清洗，該氣體源是經氫氣稀釋的砷烷或磷烷。
本發明的砷化鎵、磷化鎵襯底幹處理方法包括下列步驟(1)經粗洗的襯底片置於密封設備的轉盤上；(2)抽真空至5-30乇；(3)啟動轉盤使轉速達到500轉/分-1500轉/分；(4)通入氣體源，同時升溫至400℃-800℃，保溫30-120分鐘；本發明採用生長材料過程使用的氣體源，氣體源的使用方法與生長材料通入氣體源的方法相同，避免了清洗劑的二次汙染，而且與洗後襯底進入生長材料過程相銜接。砷烷或磷烷的含量控制為1％-10％時，清洗效果更好。
發明人經過不斷探索發現，在高溫下使高速轉動的襯底與氣體源接觸能產生很好的清洗效果，同時通過抽真空可避免襯底表面氧化。
本發明所使用的密封設備要求有轉盤、通氣口、抽氣口，和升降溫及保溫功能，可以是材料生長設備或其他合乎要求的設備，例如EMCORE公司製造的GS/3100機、GS/3200機、GS/3300機等。
本發明與現有技術相比具有如下優點1、本發明的光電子器件襯底幹處理方法與進行材料生長的氣相反應室相容，襯底清洗乾淨後可直接進行材料生長處理，避免襯底包裝、運輸和再安裝帶來二次汙染；2、本發明直接採用襯底生長材料的氣體源為清洗劑，因此無需水洗、無需脫水、無需用與材料生長無關的或不相容的清洗劑或腐蝕劑，因而消除了清洗設備自身固有的由清洗產物造成的汙染、交叉汙染及水和大氣造成的汙染；3、本發明的方法密封操作，避免大氣汙染；4、本發明可直接使用材料生長設備對襯底進行處理，技術簡單，且大大降低設備成本；5、本發明用生長材料的氣體源為清洗劑，可對大面積襯底片進行均勻乾洗。
下面通過實施例對本發明作進一步敘述。實施例1用EMCORE公司製造的GS/3200機對2寸砷化鎵襯底圓片進行清洗，按下列步驟進行1、2英寸砷化鎵襯底圓片在單片Teflon離心機上用交換水衝淨甩幹；2、將襯底裝入GS/3200機的進樣室的託盤上；3、進樣室充入高純氮氣交替進行3次；4、用機械手將託盤送入清洗室的高速轉盤上；5、進入清洗程序抽真空至10乇-→通入氫氣-→啟動轉盤使轉速達500轉/分-→升溫、加砷烷-→400℃恆溫120分鐘，完成清洗。
6、在襯底表面生長材料加鎵源-→降溫、停鎵源-→檢驗-→取片。
在砷化鎵襯底的清洗程序和生長材料過程中，控制砷烷含量保持在1％。
樣品的X-衍射測量分析結果表明，襯底表面的生長材料是單晶外延，說明襯底表面結構完整並達到原子清潔。
樣品的掃描電子顯微鏡分析結果是，生長層的厚度是均勻的，說明襯底表面結構平整。
實施例2用EMCORE公司製造的GS/3200機對4英寸磷化鎵襯底圓片進行清洗，按下列步驟進行1、磷化鎵襯底圓片在單片Teflon離心機上用交換水衝淨甩幹；2、將襯底裝入GS/3200機的進樣室的託盤上；3、進樣室充入高純氮氣交替進行3次；4、用機械手將託盤送入清洗室的高速轉盤上；5、進入清洗程序抽真空至5乇-→通入氫氣-→啟動轉盤使轉速達1500轉/分-→升溫、加磷烷-→800℃恆溫100分鐘，完成清洗。
6、在襯底表面生長材料加鎵源-→降溫、停鎵源-→檢驗-→取片。
在磷化鎵襯底的清洗程序和生長材料過程中，控制磷烷含量保持在8％。
樣品的X-衍射測量分析結果表明，襯底表面的生長材料是單晶外延，說明襯底表面結構完整並達到原子清潔。
樣品的掃描電子顯微鏡分析結果是，生長層的厚度是均勻的，說明襯底表面結構平整。
實施例3用EMCORE公司製造的GS/3100機對1寸砷化鎵襯底圓片進行清洗，按下列步驟進行1、1英寸砷化鎵襯底圓片在單片Teflon離心機上用交換水衝淨甩幹；2、將襯底裝入GS/3200機的進樣室的託盤上；3、進樣室充入高純氮氣交替進行3次；4、用機械手將託盤送入清洗室的高速轉盤上；5、進入清洗程序抽真空至30乇-→通入氫氣-→啟動轉盤使轉速達700轉/分-→升溫、加砷烷-→700℃恆溫30分鐘，完成清洗。
6、在襯底表面生長材料加鎵源-→降溫、停鎵源-→檢驗-→取片。
在砷化鎵襯底的清洗程序和生長材料過程中，控制砷烷含量保持在10％。
樣品的X-衍射測量分析結果表明，襯底表面的生長材料是單晶外延，說明襯底表面結構完整並達到原子清潔。
樣品的掃描電子顯微鏡分析結果是，生長層的厚度是均勻的，說明襯底表面結構平整。
權利要求
1.一種砷化鎵、磷化鎵襯底的幹處理方法，其特徵在於直接用襯底生長材料的氣體源為清洗劑，使高速轉動的襯底表面與氣體源在高溫下相互作用，該氣體源是經氫氣稀釋的砷烷或磷烷。
2.根據權利要求1所述的砷化鎵、磷化鎵襯底幹處理方法，其特徵在於包括下列步驟(1)經粗洗的襯底片置於密封設備的轉盤上；(2)抽真空至5-30乇；(3)啟動轉盤使轉速達到500轉/分-1500轉/分；(4)通入氣體源，同時升溫至400℃-800℃，保溫30-120分鐘；
3.按照權利要求2所述的砷化鎵、磷化鎵襯底幹處理方法，其特徵在於控制砷烷或磷烷的含量為1％-10％。
全文摘要
一種砷化鎵、磷化鎵襯底的幹處理方法,直接用襯底生長材料的氣體源為清洗劑,使高速轉動的襯底表面與氣體源在高溫下相互作用,製備出表面結構完整且達到原子清潔的襯底;本發明方法消除了清洗設備自身固有的由清洗產物造成的汙染、交叉汙染及水和大氣造成的汙染;本發明方法因與生長材料的氣相反應室相容,襯底清洗乾淨後可直接進行材料生長處理,避免襯底包裝、運輸和再安裝帶來二次汙染。
文檔編號H01L21/30GK1217296SQ98121590
公開日1999年5月26日 申請日期1998年11月11日 優先權日1998年11月11日
發明者廖常俊, 劉頌豪 申請人:華南師範大學華南量子電子學研究所