CN109599326A - 一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法 - Google Patents

一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，涉及氮化镓晶体表面处理技术领域，包括以下步骤：步骤1)、固定：步骤2)、抛光：步骤3)、表面硫醇处理。本发明方法简单实用，通过氮化镓的表面进行处理，去除氮化镓表面的天然氧化层，降低氮化镓与栅介质层、阻挡层之间的界面缺陷，降低漏电流，提升氮化镓的可靠性，通过硫醇的处理可以在氮化镓表面形成保护膜，防止氮化镓表面处理过后暴露在空气中发生再氧化，效的提高氮化镓的整体性能，延长了其整体使用寿命，在抛光的同时采用紫外线灯由上至下照射在晶体表面，可加速氧化剂与氮化镓晶片表面的化学反应速率，使晶片表面粗糙度降低，并能提高抛光速率。

Description

一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法
技术领域
本发明涉及氮化镓晶体表面处理技术领域，具体是一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法。
背景技术
氮化镓是一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。
制约GaN基器件性能及可靠性提高的关键问题是缺乏高平整度和高表面光滑度的衬底材料，目前GaN材料的生长方法主要是金属有机化学气相沉积法和氢化物气相外延法，用MOVCVD法生长的氮化镓薄膜表面平整度和粗糙度比较好，可以在制备器件方面直接应用，但MOCVD法生长速度太慢，只能用来生长薄膜；而HVPE法进行氮化镓单晶生长到200μm以上，所需生长时间长，厚度大，往往出现厚度不均匀情况，并且表面平整度和粗糙度都很大，不能直接用于制造器件，必须降低晶体表面颗粒的浓度，改善表面的平整度和粗糙度，因此需要对其表面进行处理，但是机械抛光过程中抛光材料与晶体表面磨擦切削会对GaN晶体的表面晶格产生破坏，形成点缺陷、位错、微裂纹等缺陷，如果这些缺陷不被处理，会严重影响在二次外延晶体的质量，进而影响GaN器件的性能。因此，本领域技术人员提供了一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，包括以下步骤：
步骤1)、固定：
S1、将氮化镓晶体通过石蜡固定在石英板上，除去多余石蜡，使得石蜡与石英板的便于留有2mol/L的距离；
S2、将抛光垫贴在抛光盘上，利用环形压块将固定有氮化镓晶体的石英板压在抛光垫上。
步骤2)、抛光：
A1、通过电加热器对抛光液进行加热，同时向抛光液中添加磨料；
A2、启动抛光机使抛光盘旋转进而带动氮化镓晶体以及环形压块进行旋转抛光。
步骤3)、表面硫醇处理：
B1、将抛光后的氮化镓晶体取出并依次使用丙酮、乙醇、清洗其表面；
B2、将清洗后的氮化镓晶体放入盐酸溶液中浸泡，浸泡后采用去离子水冲洗后经氮气干燥处理；
B3、将干燥后氮化镓晶体再次放入溶有硫醇的乙醇溶液中进行浸泡，浸泡后采用乙醇溶液进行超声清洗，同时通过氮气干燥；
B4、将干燥后的氮化镓晶体放入反应离子刻蚀机的反应室内，同时经反应室抽成真空状，待气压小于8.0×10-5托后，用氟等离子体对晶体表面进行处理，完成氮化镓晶体表面颗粒浓度降低。
作为本发明进一步的方案：所述步骤1)中的抛光盘采用铜盘、锡盘中的任意一种。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2)中抛光液的温度控制在40-80度，抛光盘的转速控制在10-180rmp。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2)中在抛光的同时采用紫外线灯由上至下照射在晶体表面。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2)中磨料采用Al2O3、SiO2和金刚石其中的任意一种，并且磨料呈大小相等的颗粒状，粒径为10-80nm。
作为本发明进一步的方案：所述步骤3)中盐酸溶液的浓度为18％，所述溶有硫醇的乙醇溶液的浓度为10mol/L，其中硫醇采用正十二硫醇。
作为本发明进一步的方案：所述步骤3)中在将晶体放入反应离子刻蚀机之前，将反应离子刻蚀机反应室内的残余气体抽去至气压小于1毫托。
作为本发明进一步的方案：所述步骤3)中刻蚀机的功率范围控制在30-120瓦，氟等离子体对晶体表面的轰击时间保持在80S/次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明方法简单实用，通过氮化镓的表面进行处理，去除氮化镓表面的天然氧化层，降低氮化镓与栅介质层、阻挡层之间的界面缺陷，降低漏电流，提升氮化镓的可靠性，通过硫醇的处理可以在氮化镓表面形成保护膜，防止氮化镓表面处理过后暴露在空气中发生再氧化，效的提高氮化镓的整体性能，延长了其整体使用寿命，在抛光的同时采用紫外线灯由上至下照射在晶体表面，可加速氧化剂与氮化镓晶片表面的化学反应速率，使晶片表面粗糙度降低，并能提高抛光速率。
附图说明
图1为一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，包括以下步骤：
步骤1)、固定：
S1、将氮化镓晶体通过石蜡固定在石英板上，除去多余石蜡，使得石蜡与石英板的便于留有2mol/L的距离；
S2、将抛光垫贴在抛光盘上，利用环形压块将固定有氮化镓晶体的石英板压在抛光垫上。
步骤2)、抛光：
A1、通过电加热器对抛光液进行加热，同时向抛光液中添加磨料；
A2、启动抛光机使抛光盘旋转进而带动氮化镓晶体以及环形压块进行旋转抛光。
步骤3)、表面硫醇处理：
B1、将抛光后的氮化镓晶体取出并依次使用丙酮、乙醇、清洗其表面；
B2、将清洗后的氮化镓晶体放入盐酸溶液中浸泡，浸泡后采用去离子水冲洗后经氮气干燥处理；
B3、将干燥后氮化镓晶体再次放入溶有硫醇的乙醇溶液中进行浸泡，浸泡后采用乙醇溶液进行超声清洗，同时通过氮气干燥；
B4、将干燥后的氮化镓晶体放入反应离子刻蚀机的反应室内，同时经反应室抽成真空状，待气压小于8.0×10-5托后，用氟等离子体对晶体表面进行处理，完成氮化镓晶体表面颗粒浓度降低。
进一步的，步骤1)中的抛光盘采用铜盘、锡盘中的任意一种，可以根据各方面因素进行自行挑选，降低了局限性。
进一步的，步骤2)中抛光液的温度控制在40-80度，抛光盘的转速控制在10-180rmp，解决了温度太低使的氧化剂的化学作用太弱从而造成抛光效果不好、效率低下的问题，同时解决了抛光液温度过高容易导致抛光垫和抛光机受损的问题，有效的延长了设备的整体使用寿命。
进一步的，步骤2)中在抛光的同时采用紫外线灯由上至下照射在晶体表面，可加速氧化剂与氮化镓晶片表面的化学反应速率，使晶片表面粗糙度降低，并能提高抛光速率。
进一步的，步骤2)中磨料采用Al2O3、SiO2和金刚石其中的任意一种，并且磨料呈大小相等的颗粒状，粒径为10-80nm，根据球粒的大小可分为提高抛光的精细程度，球粒越小精细程度越高。
进一步的，步骤3)中盐酸溶液的浓度为18％，溶有硫醇的乙醇溶液的浓度为10mol/L，其中硫醇采用正十二硫醇。
进一步的，步骤3)中在将晶体放入反应离子刻蚀机之前，将反应离子刻蚀机反应室内的残余气体抽去至气压小于1毫托。
进一步的，步骤3)中刻蚀机的功率范围控制在30-120瓦，氟等离子体对晶体表面的轰击时间保持在80S/次。
综上，通过氮化镓的表面进行处理，去除氮化镓表面的天然氧化层，降低氮化镓与栅介质层、阻挡层之间的界面缺陷，降低漏电流，提升氮化镓的可靠性，通过硫醇的处理可以在氮化镓表面形成保护膜，防止氮化镓表面处理过后暴露在空气中发生再氧化，有效的提高氮化镓的整体性能，延长了其整体使用寿命。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1)、固定：
S1、将氮化镓晶体通过石蜡固定在石英板上，除去多余石蜡，使得石蜡与石英板的便于留有2mol/L的距离；
S2、将抛光垫贴在抛光盘上，利用环形压块将固定有氮化镓晶体的石英板压在抛光垫上。
步骤2)、抛光：
A1、通过电加热器对抛光液进行加热，同时向抛光液中添加磨料；
A2、启动抛光机使抛光盘旋转进而带动氮化镓晶体以及环形压块进行旋转抛光。
步骤3)、表面硫醇处理：
B1、将抛光后的氮化镓晶体取出并依次使用丙酮、乙醇、清洗其表面；
B2、将清洗后的氮化镓晶体放入盐酸溶液中浸泡，浸泡后采用去离子水冲洗后经氮气干燥处理；
B3、将干燥后氮化镓晶体再次放入溶有硫醇的乙醇溶液中进行浸泡，浸泡后采用乙醇溶液进行超声清洗，同时通过氮气干燥；
B4、将干燥后的氮化镓晶体放入反应离子刻蚀机的反应室内，同时经反应室抽成真空状，待气压小于8.0×10-5托后，用氟等离子体对晶体表面进行处理，完成氮化镓晶体表面颗粒浓度降低。
2.根据权利要求1所述的一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，其特征在于，所述步骤1)中的抛光盘采用铜盘、锡盘中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，其特征在于，所述步骤2)中抛光液的温度控制在40-80度，抛光盘的转速控制在10-180rmp。
4.根据权利要求1所述的一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，其特征在于，所述步骤2)中在抛光的同时采用紫外线灯由上至下照射在晶体表面。
5.根据权利要求1所述的一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，其特征在于，所述步骤2)中磨料采用Al2O3、SiO2和金刚石其中的任意一种，并且磨料呈大小相等的颗粒状，粒径为10-80nm。
6.根据权利要求1所述的一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，其特征在于，所述步骤3)中盐酸溶液的浓度为18％，所述溶有硫醇的乙醇溶液的浓度为10mol/L，其中硫醇采用正十二硫醇。
7.根据权利要求1所述的一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，其特征在于，所述步骤3)中在将晶体放入反应离子刻蚀机之前，将反应离子刻蚀机反应室内的残余气体抽去至气压小于1毫托。
8.根据权利要求1所述的一种降低氮化镓晶体表面颗粒浓度的处理方法，其特征在于，所述步骤3)中刻蚀机的功率范围控制在30-120瓦，氟等离子体对晶体表面的轰击时间保持在80S/次。
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