CN1071713C - 砷化镓、磷化镓衬底干处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种砷化镓、磷化镓衬底的干处理方法，直接用衬底生长材料的气体源为清洗剂，使高速转动的衬底表面与气体源在高温下相互作用，制备出表面结构完整且达到原子清洁的衬底；本发明方法消除了清洗设备自身固有的由清洗产物造成的污染、交叉污染及水和大气造成的污染；本发明方法因与生长材料的气相反应室相容，衬底清洗干净后可直接进行材料生长处理，避免衬底包装、运输和再安装带来二次污染。
Description
本发明涉及半导体材料衬底的处理技术，更详细地是涉及光电子器件的砷化镓、磷化镓衬底表面处理技术。
半导体器件结构是一种多层结构，其制造是在称为衬底的半导体晶体上生长不同的半导体材料，器件的成功要求生长材料的晶格是衬底晶格的延续，称为外延。在衬底表面生长材料前需清洗干净，衬底表面结构完整并获得原子清洁是外延成功的关键。
光电子器件主要以砷化镓、磷化镓为衬底，现有比较成熟的砷化镓、磷化镓衬底处理主要采用湿处理方法，包括如下步骤：洗涤剂清洗-→去离子水漂清-→乙醇、丙酮脱水-→三氯乙烯或四氯化碳脱脂-→丙酮、乙醇过渡-→去离子水漂清-→化学腐蚀(用硫酸∶双氧水∶水=5∶1∶1)-→去离子水漂洗-→乙醇、甲醇脱水。这种技术存在如下缺陷：(1)技术复杂，设备成本高；(2)衬底清洗过程被自己产生的产物污染，存在交叉污染；(3)衬底脱水过程中被大气污染；(4)存在大量的有毒化学药品的处理及环保问题，特别是水质污染问题得不到解决；(5)衬底的处理与材料生长不能在同-设备内进行，使处理后的衬底片需要包装、储存和运输，带来塑料包装材料的痕量污染(污染源是塑料分解释放出的痕量气体)；(6)由于半导体材料生长所用的衬底越来越大，而且很薄很脆，用常规的湿处理方法很难洗干净，或洗后产生非均匀腐蚀。
本发明的目的在于针对现有技术的缺点，提供-种砷化镓、磷化镓衬底的干处理方法，采用无需水洗和脱水步骤、无腐蚀作用的气态清洗剂，消除清洗产物的交叉污染、水和大气污染，制备表面结构完整且达到原子清洁的衬底片。
本发明的砷化镓、磷化镓衬底的干处理方法是直接用衬底生长材料的气体源为清洗剂，使高速转动的衬底表面与气体源在高温下相互作用而实现对衬底的清洗，该气体源是经氢气稀释的砷烷或磷烷。
本发明的砷化镓、磷化镓衬底干处理方法包括下列步骤：
(1)经粗洗的衬底片置于密封设备的转盘上；
(2)抽真空至5-30乇；
(3)启动转盘使转速达到500转/分--1500转/分；
(4)通入气体源，同时升温至400--800℃，保温30--120分钟；
本发明采用生长材料过程使用的气体源，气体源的使用方法与生长材料通入气体源的方法相同，避免了清洗剂的二次污染，而且与洗后衬底进入生长材料过程相衔接。砷烷或磷烷的含量控制为1％-10％时，清洗效果更好。
发明人经过不断探索发现，在高温下使高速转动的衬底与气体源接触能产生很好的清洗效果，同时通过抽真空可避免衬底表面氧化。
本发明所使用的密封设备要求有转盘、通气口、抽气口，和升降温及保温功能，可以是材料生长设备或其他合乎要求的设备，例如EMCORE公司制造的GS/3100机、GS/3200机、GS/3300机等。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明的光电子器件衬底干处理方法与进行材料生长的气相反应室相容，衬底清洗干净后可直接进行材料生长处理，避免衬底包装、运输和再安装带来二次污染；
2、本发明直接采用衬底生长材料的气体源为清洗剂，因此无需水洗、无需脱水、无需用与材料生长无关的或不相容的清洗剂或腐蚀剂，因而消除了清洗设备自身固有的由清洗产物造成的污染、交叉污染及水和大气造成的污染；
3、本发明的方法密封操作，避免大气污染；
4、本发明可直接使用材料生长设备对衬底进行处理，技术简单，且大大降低设备成本；
5、本发明用生长材料的气体源为清洗剂，可对大面积衬底片进行均匀干洗。
下面通过实施例对本发明作进一步叙述。
实施例1
用EMCORE公司制造的GS/3200机对2寸砷化镓衬底圆片进行清洗，按下列步骤进行：
1、2英寸砷化镓衬底圆片在单片Teflon离心机上用交换水冲净甩干；
2、将衬底装入GS/3200机的进样室的托盘上；
3、进样室充入高纯氮气交替进行3次；
4、用机械手将托盘送入清洗室的高速转盘上；
5、进入清洗程序：抽真空至10乇--→通入氢气--→启动转盘使转速达500转/分--→升温、加砷烷--→400℃恒温120分钟，完成清洗。
6、在衬底表面生长材料：加镓源--→降温、停镓源--→检验--→取片。
在砷化镓衬底的清洗程序和生长材料过程中，控制砷烷含量保持在1％。
样品的X-衍射测量分析结果表明，衬底表面的生长材料是单晶外延，说明衬底表面结构完整并达到原子清洁。
样品的扫描电子显微镜分析结果是，生长层的厚度是均匀的，说明衬底表面结构平整。
实施例2
用EMCORE公司制造的GS/3200机对4英寸磷化镓衬底圆片进行清洗，按下列步骤进行：
1、磷化镓衬底圆片在单片Teflon离心机上用交换水冲净甩干；
2、将衬底装入GS/3200机的进样室的托盘上；
3、进样室充入高纯氮气交替进行3次；
4、用机械手将托盘送入清洗室的高速转盘上；
5、进入清洗程序：抽真空至5乇--→通入氢气--→启动转盘使转速达1500转/分--→升温、加磷烷--→800℃恒温100分钟，完成清洗。
6、在衬底表面生长材料：加镓源--→降温、停镓源--→检验--→取片。
在磷化镓衬底的清洗程序和生长材料过程中，控制磷烷含量保持在8％。
样品的X-衍射测量分析结果表明，衬底表面的生长材料是单晶外延，说明衬底表面结构完整并达到原子清洁。
样品的扫描电子显微镜分析结果是，生长层的厚度是均匀的，说明衬底表面结构平整。
实施例3
用EMCORE公司制造的GS/3100机对1寸砷化镓衬底圆片进行清洗，按下列步骤进行：
1、1英寸砷化镓衬底圆片在单片Teflon离心机上用交换水冲净甩干；
2、将衬底装入GS/3200机的进样室的托盘上；
3、进样室充入高纯氮气交替进行3次；
4、用机械手将托盘送入清洗室的高速转盘上；
5、进入清洗程序：抽真空至30乇--→通入氢气--→启动转盘使转速达700转/分--→升温、加砷烷--→700℃恒温30分钟，完成清洗。
6、在衬底表面生长材料：加镓源--→降温、停镓源--→检验--→取片。
在砷化镓衬底的清洗程序和生长材料过程中，控制砷烷含量保持在10％。
样品的X-衍射测量分析结果表明，衬底表面的生长材料是单晶外延，说明衬底表面结构完整并达到原子清洁。
样品的扫描电子显微镜分析结果是，生长层的厚度是均匀的，说明衬底表面结构平整。
Claims (3)
1、一种砷化镓、磷化镓衬底的干处理方法，其特征在于直接用衬底生长材料的气体源为清洗剂，使高速转动的衬底表面与气体源在高温下相互作用，所述气体源是经氢气稀释的砷烷或磷烷，衬底转速为500转/分-1500转/分，清洗温度为400℃-800℃。
2、根据权利要求1所述的砷化镓、磷化镓衬底干处理方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)经粗洗的衬底片置于密封设备的转盘上；
(2)抽真空至5-30乇；
(3)启动转盘使转速达到500转/分--1500转/分；
(4)通入气体源，同时升温至400℃--800℃，保温30--120分钟。
3、按照权利要求2所述的砷化镓、磷化镓衬底干处理方法，其特征在于控制砷烷或磷烷的含量为1％--10％。
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