CN114783870B - 半导体结构的制备方法 - Google Patents

半导体结构的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114783870B
CN114783870B CN202210710385.5A CN202210710385A CN114783870B CN 114783870 B CN114783870 B CN 114783870B CN 202210710385 A CN202210710385 A CN 202210710385A CN 114783870 B CN114783870 B CN 114783870B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
wet oxidation
time
range
oxidation device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210710385.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114783870A (zh
Inventor
杨国文
惠利省
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dugen Laser Technology Suzhou Co Ltd
Original Assignee
Dugen Laser Technology Suzhou Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dugen Laser Technology Suzhou Co Ltd filed Critical Dugen Laser Technology Suzhou Co Ltd
Priority to CN202210710385.5A priority Critical patent/CN114783870B/zh
Publication of CN114783870A publication Critical patent/CN114783870A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114783870B publication Critical patent/CN114783870B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H01L21/02178—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing aluminium, e.g. Al2O3
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76853—Barrier, adhesion or liner layers characterized by particular after-treatment steps
    • H01L21/76855—After-treatment introducing at least one additional element into the layer
    • H01L21/76856—After-treatment introducing at least one additional element into the layer by treatment in plasmas or gaseous environments, e.g. nitriding a refractory metal liner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/5329—Insulating materials

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体结构的制备方法。半导体结构的制备方法包括获取晶体外延结构，晶体外延结构包括含铝外延层；晶体外延结构置入湿法氧化装置，并向内通入氧化气体及氮气，使含铝外延层中央形成电流通道；呈梯度地不断提高湿法氧化装置的工作温度；当湿法氧化装置升温至预处理温度时，将去离子水蒸气送入湿法氧化装置，使去离子水蒸气离化成活性氧化粒子，活性氧化粒子与含铝外延层氧化还原反应生成绝缘体；预处理温度范围为125℃‑155℃，湿法氧化装置工作真空度为0.2Pa‑10Pa。本发明的半导体结构的制备方法，缓解现有的外延结构中绝缘体靠近电流通道区域致密性不高、折射率难以降低的技术问题。

Description

半导体结构的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种半导体结构的制备方法。
背景技术
半导体器件(semiconductor device)是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。半导体器件包括外延结构，外延结构包括含铝外延层，含铝外延层能够通过湿法氧化工艺被氧化为呈绝缘体的氧化结构及形成电流通道，以抑制半导体器件中工作电流的扩散。
湿法氧化工艺的过程如下，在高温水蒸气或高温氧气等氧化环境中，外延结构的含铝外延层逐渐氧化，并保留电流通道为未被氧化部分，且随着氧化时间的增加，氧化结构由含铝外延层的外露表面逐渐向内部延伸。然而，现有技术中，距电流通道距离的不同，含铝外延层的氧化程度不同，导致绝缘体密度分布不均匀，其中，远离电流通道的外侧绝缘体分布致密，靠近电流通道的内侧绝缘体分布疏松，导致外延结构边缘电流异常。综上所述，现有技术中，外延结构氧化后绝缘体靠近电流通道区域致密性不高、折射率难以降低。
因此，本申请针对上述问题提供一种新的半导体结构的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体结构的制备方法，以缓解现有技术中存在的外延结构氧化后绝缘体靠近电流通道区域致密性不高、折射率难以降低的技术问题。
基于上述目的，本发明提供一种半导体结构的制备方法，包括：
S100，获取一晶体外延结构，所述晶体外延结构包括含铝外延层；
S200，将所述晶体外延结构置入湿法氧化装置中，并向所述湿法氧化装置内通入氧化气体及氮气，以使所述含铝外延层的两侧形成氧化介质层，中央形成电流通道；
其中，呈梯度地不断提高所述湿法氧化装置的工作温度；
当所述湿法氧化装置升温至预处理温度时，通过载气将去离子水蒸气送入所述湿法氧化装置，以使所述去离子水蒸气离化成活性氧化粒子，所述活性氧化粒子能够与所述含铝外延层氧化还原反应生成绝缘体；
所述预处理温度的范围为125℃-155℃，且所述湿法氧化装置的工作真空度的范围为0.2Pa-10Pa。
进一步地，使所述湿法氧化装置升温至第一温度后，保温第一时间；
使所述湿法氧化装置升温至第二温度后，保温第二时间；
使所述湿法氧化装置升温至第三温度后，保温第三时间；
所述第一温度大于所述预处理温度，且当所述湿法氧化装置升温至所述第一温度时，停止向所述湿法氧化装置通入所述去离子水；
所述第一温度、所述第二温度及所述第三温度依次增高。
进一步地，所述第一温度的范围为410℃-440℃，所述第一时间的范围为1s-2s；所述第二温度的范围为441℃-460℃，所述第二时间的范围为1s-2s；所述第三温度的范围为461℃-500℃，所述第三时间的范围为1s-2s。
进一步地，所述半导体结构的制备方法还包括：呈梯度地不断提高所述湿法氧化装置的工作压力。
进一步地，使所述湿法氧化装置的工作压力升至第一压力后，保持第一时间；
使所述湿法氧化装置的工作压力升至第二压力后，保持第二时间；
使所述湿法氧化装置的工作压力升至第三压力后，保持第三时间；
所述第一压力、所述第二压力及所述第三压力依次增高。
进一步地，所述第一压力的范围为2mBar-4mBar，所述第一时间的范围为1s-2s；所述第二压力的范围为4mBar-6mBar，所述第二时间的范围为1s-2s；所述第三压力的范围为5mBar-7mBar，所述第三时间的范围为1s-2s。
进一步地，所述半导体结构的制备方法还包括：呈梯度地不断提高所述湿法氧化装置的气体通入流量。
进一步地，使所述湿法氧化装置的气体通入流量为第一流量，保持第一时间；
使所述湿法氧化装置的气体通入流量为第二流量，保持第二时间；
使所述湿法氧化装置的气体通入流量为第三流量，保持第三时间；
所述第一流量、所述第二流量及所述第三流量依次增高。
进一步地，所述第一流量的范围为1.1L/min-1.3L/min，所述第一时间的范围为1s-2s；所述第二流量的范围为1.2L/min-1.4L/min，所述第二时间的范围为1s-2s；所述第三流量的范围为1.3L/min-1.5 L/min，所述第三时间的范围为1s-2s。
进一步地，所述半导体结构的制备方法还包括S300：
所述湿法氧化装置升温至最高温度时，停止通入氧化气体，仅通入氮气，以退火；
其中，所述最高温度的范围为460℃-500℃，退火时间范围为20分钟-25分钟，退火时氮气通入流量范围为3L/min-4L/min。
采用上述技术方案，本发明的半导体结构的制备方法具有如下有益效果：
操作湿法氧化装置的方案包括呈梯度地不断提高所述湿法氧化装置的工作温度。需要说明的是，湿法氧化工艺中，含铝外延层能够被氧化气体氧化为绝缘体，形成具有电流通道的氧化介质层，用以抑制半导体结构中工作电流的扩散。氧化介质层作为层叠半导体结构的横向电流限制层和横向波导层。横向电流限制层和横向波导层可以有效抑制半导体结构中工作电流的横向扩散，使得每一层量子阱有源区被注入一致的电流强度和密度，降低了半导体结构的阈值电流，抑制了光场横向扩展，实现了尺寸和强度一致的光斑。
另外，晶体外延结构在湿法氧化装置中的氧化为自侧壁的外露表面逐渐向内部纵横延伸，随着氧化时间的增加，氧化深度更深入，从而形成电流通道。现有技术中，含铝外延层更接近电流通道处，由于距侧边的外露表面距离大，输氧更难，氧化更困难，难以保障含铝外延层更接近电流通道处区域能够有足够的氧化程度和氧化致密度，接近电流通道处区域的氧化层的折射率难以降低。
本实施例中，通过呈梯度地不断提高湿法氧化装置的工作温度，从而随着氧化时间的增加及氧化深度的深入，湿法氧化装置可提供逐渐升高的工作温度，以提供逐渐增强的氧化能力，增强了氧化气体向靠近电流通道处的输送能力。这样的设置，越靠近电流通道，对靠近电流通道的含铝外延层部分能够提供更强的氧化性，提高了靠近电流通道的含铝外延层部分的氧化速率，使该处氧化更致密，从而使含铝外延层氧化后，自外侧至内侧形成绝缘体的致密度、折射率得到控制，实现靠近电流通道处氧化致密性的提高、折射率降低以及氧化深度的可控，缓解了现有技术中存在的外延结构氧化后绝缘体靠近电流通道区域致密性不高、折射率难以降低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的半导体结构的制备方法的流程图；
图2为使用本发明实施例提供的半导体结构的制备方法制备的半导体结构的结构示意图。
附图标记：
100-晶体外延结构；
200-含铝外延层；210-电流通道；
300-第一本体结构部；
400-第二本体结构部。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参见图1，并结合图2，本实施例提供一种半导体结构的制备方法，该半导体结构的制备方法包括：
S100，获取一晶体外延结构100，晶体外延结构100包括含铝外延层200。其中，晶体外延结构100可以根据不同的设计需求，生长不同的组分层。优选地，含铝外延层200中的铝组分高于80％。优选地，含铝外延层200中的铝组分为95％-100％，例如95％、96％、97％、98％、99％或者100％等。
S200，将晶体外延结构100置入湿法氧化装置中，并向湿法氧化装置内通入氧化气体及氮气，以使含铝外延层200被氧化，从而含铝外延层200的两侧形成氧化介质层，中央形成电流通道210，氧化气体例如为高温水蒸气或者高温氧气等，其中，呈梯度地不断提高湿法氧化装置的工作温度。
需要说明的是，湿法氧化装置例如为湿法氧化炉、湿法氧化器或者湿法氧化塔等，在此不进行限定，其只要能够为晶体外延结构100提供湿法氧化工艺的环境即可。
另外，湿法氧化工艺中，含铝外延层200能够被氧化气体氧化为绝缘体，形成具有电流通道210的氧化介质层，用以抑制半导体结构中工作电流的扩散。氧化介质层作为层叠半导体结构的横向电流限制层和横向波导层。横向电流限制层和横向波导层可以有效抑制半导体结构中工作电流的横向扩散，使得每一层量子阱有源区被注入一致的电流强度和密度，降低了半导体结构的阈值电流，抑制了光场横向扩展，实现了尺寸和强度一致的光斑。
再者，晶体外延结构100在湿法氧化装置中的氧化为自侧壁的外露表面逐渐向内部纵横延伸，因此随着氧化时间的增加，晶体外延结构100在横向上的氧化深度更深入，从而形成电流通道210。
本实施例中，通过呈梯度地不断提高湿法氧化装置的工作温度，从而随着氧化时间的增加及氧化深度的深入，湿法氧化装置的工作温度逐渐升高，从而湿法氧化装置的氧化能力逐渐增强，增强了氧化气体向靠近电流通道210处的输送能力。这样的设置，越靠近电流通道210，对靠近电流通道210的含铝外延层200部分能够提供更强的氧化性，提高了靠近电流通道210的含铝外延层200部分的氧化速率，使该处氧化更致密，从而使含铝外延层200氧化后，自外侧至内侧形成绝缘体的致密度、折射率得到控制，实现靠近电流通道210处氧化致密性的提高、折射率降低以及氧化深度的可控，缓解了现有技术中存在的外延结构氧化后绝缘体靠近电流通道区域致密性不高、折射率难以降低的技术问题。
另外，本实施例中，湿法氧化装置启动后，湿法氧化装置的温度逐渐升高，当湿法氧化装置的温度升高到预处理温度时，通过载气将去离子水蒸气送入湿法氧化装置，从而去离子水蒸气能够离化成活性氧化粒子，且活性氧化粒子能够与含铝外延层200氧化还原反应生成挥发性产物及绝缘体。
可选地，载气为惰性气体，例如为氩气等。
其中，需要说明的是，去离子水蒸气送入湿法氧化装置后，湿法氧化装置为密封结构，设置有上下极板，通电后在上下极板之间产生电场，以将湿法氧化装置内的去离子水蒸气离化成活性氧化粒子，其中，活性氧化粒子包括活性水分子、活性氧离子和活性氢氧基团。该活性氧化粒子能够与晶体外延结构100的含铝外延层200发生氧化还原反应，生成所需的绝缘体——Al2O3层，Al2O3层能够用以抑制半导体结构中工作电流的扩散。
这样的设置，通过本实施例能够实现对晶体外延结构100的高温氧化效果的优化，其中，温度达到预处理温度时，通过活性氧化粒子氧化晶体外延结构100的含铝外延层200，实现了短时间初步提高氧化层致密度及氧化均匀性，实现靠近电流通道210处氧化致密性的提高以及氧化深度的可控等。
可选地，预处理温度的范围为125℃-155℃，且湿法氧化装置的工作真空度的范围为0.2Pa-10Pa。例如，预处理温度为125℃、135℃、145℃、155℃或者165℃等。湿法氧化装置的工作真空度为0.2Pa、2Pa、4Pa、6Pa、8Pa或者10Pa等。
例如，当预处理温度为125℃且第一温度为410℃时，湿法氧化装置的温度升高达到125℃时，通过载气将去离子水蒸气送入湿法氧化装置，湿法氧化装置的温度继续升高直到湿法氧化装置升温至410℃时，停止向湿法氧化装置通入去离子水，且使湿法氧化装置保温。
需要说明的是，湿法氧化装置工作时，需要向内通入氧化气体——含水蒸气气体，过程如下：加热过程中去离子水与载气鼓泡后形成含水蒸气气体，载气为惰性气体。氧化炉加热过程中将含水蒸气气体持续通入湿法氧化装置中。
需要说明的是，晶体外延结构100还包括第一本体结构部300和第二本体结构部400，含铝外延层200设置于第一本体结构部300和第二本体结构部400之间，其中，第一本体结构部300设置于第二本体结构部400的下方。第一本体结构部300自下至上依次包括衬底层、缓冲层、底限制层、下波导层、量子阱层和上波导层，且含铝外延层200设置于上波导层远离量子阱层的一侧；第二本体结构部400例如包括限制层和隧道结层等，限制层靠近含铝外延层200设置。
优选地，本实施例中，使湿法氧化装置升温至第一温度后，保温第一时间；使湿法氧化装置升温至第二温度后，保温第二时间；使湿法氧化装置升温至第三温度后，保温第三时间；其中，第一温度大于预处理温度，当湿法氧化装置升温至第一温度时，停止向湿法氧化装置通入去离子水，且第一温度、第二温度及第三温度依次增高。
也就是说，当湿法氧化装置的温度升高到预处理温度时，通过载气将去离子水蒸气送入湿法氧化装置，从而去离子水蒸气能够离化成活性氧化粒子，且活性氧化粒子能够与含铝外延层200氧化还原反应生成挥发性产物及绝缘体；湿法氧化装置温度继续升高，当湿法氧化装置升温至第一温度时，停止向湿法氧化装置通入去离子水，且使湿法氧化装置保温第一时间。
其中，第一温度的范围为410℃-440℃，第一时间的范围为1s-2s；第二温度的范围为441℃-460℃，第二时间的范围为1s-2s；第三温度的范围为461℃-500℃，第三时间的范围为1s-2s。
可选地，第一温度为410℃、420℃、430℃或者440℃等；第二温度为441℃、450℃、455℃或者460℃等；第三温度为461℃、470℃、480℃、489℃或者500℃等。例如，第一温度为410℃，第二温度为441℃，第三温度为461℃；或者，第一温度为420℃，第二温度为450℃，第三温度为470℃；或者，第一温度为430℃，第二温度为455℃，第三温度为480℃；或者，第一温度为440℃，第二温度为460℃，第三温度为500℃等。
另外，可选地，第一时间为1s、1.5s、1.8s或者2s等；第二时间为1 s、1.5s、1.8s或者2s等；第三时间为1s、1.5s、1.8s或者2s等。优选地，第三时间小于第一时间及第二时间，为1s-1.5s，例如第三时间为1s、1.2s或者1.5s等，第一时间、第二时间和第三时间可以相同，也可以不同，在此不进行限定。
需要说明的是，若湿法氧化装置的温度小于410℃，例如湿法氧化的温度为400℃、390℃或者380℃等，氧化时间会长达数分钟，不能保证靠近中心电流通道的氧化层致密度；若湿法氧化装置的温度大于500℃，例如湿法氧化的温度为510℃、520℃或者530℃等，氧化时间会过长，由于长时间高温，对器件造成高温损伤，时间过短不能达到氧化目的，且不能保证靠近中心电流通道的氧化层致密度。
因此，本实施例中，将湿法氧化温度设定为逐渐递增的三个温度区间，且严格限定各温度区间的氧化时间，尤其是限定高温的第二、三温度的氧化时间，根据氧化的需要提高温度从而不断增加氧化能力，由此避免了仅采用某一温度窄范围单一温度区间不能满足氧化需求的问题，提供了更佳的氧化效果，同时也大大缩短了氧化时间至6s以下，提高了生产效率。
优选地，本实施例中，半导体结构的制备方法还包括呈梯度地不断提高湿法氧化装置的工作压力。
这样的设置，随着氧化时间的增加及氧化深度的深入，湿法氧化装置的工作压力逐渐升高，从而湿法氧化装置的氧化能力逐渐增强，增强了氧化气体向靠近电流通道210处的输送能力。因此越靠近电流通道210，对靠近电流通道210的含铝外延层200部分能够提供更强的氧化性，提高了靠近电流通道210的含铝外延层200部分的氧化速率，使该处氧化更致密，从而使含铝外延层200氧化后，自外侧至内侧形成绝缘体的致密度、折射率得到控制，实现靠近电流通道210处氧化致密性的提高、折射率降低以及氧化深度的可控，进一步缓解了现有技术中存在的外延结构氧化后绝缘体靠近电流通道区域致密性不高、折射率难以降低的技术问题。
优选地，使湿法氧化装置的工作压力升至第一压力后，保持第一时间；使湿法氧化装置的工作压力升至第二压力后，保持第二时间；使湿法氧化装置的工作压力升至第三压力后，保持第三时间；第一压力、第二压力及第三压力依次增高。
其中，第一压力的范围为2mBar-4mBar，第一时间的范围为1s-2s；第二压力的范围为4mBar-6mBar，第二时间的范围为1s-2s；第三压力的范围为5mBar-7mBar，第三时间的范围为1s-2s。
可选地，第一压力为2mBar、3mBar或者4mBar等，第二压力为4mBar、5mBar或者6mBar等，第三压力为5mBar、6mBar或者7mBar等。例如，第一压力为2mBar，第二压力为4mBar，第三压力为5mBar；或者，第一压力为3mBar，第二压力为5mBar，第三压力为6mBar；或者，第一压力为4mBar，第二压力为6mBar，第三压力为7mBar等。
可选地，第一时间为1s、1.5s或者2s等；第二时间为1s、1.5s或者2s等；第三时间为1s、1.5s或者2s等，第一时间、第二时间和第三时间可以相同，也可以不同，在此不进行限定。
需要说明的是，湿法氧化装置的工作压力越高，含铝外延层的氧化能力越强。其中，若湿法氧化装置的工作压力过低，例如湿法氧化装置的工作压力小于2mBar，例如为1mBar、1.2mBar或者1.5mBar等，那么需要氧化的时间长，且不能保证靠近中心电流通道的氧化层致密度；若湿法氧化装置的工作压力过高，例如湿法氧化装置的工作压力大于7mBar，例如为8mBar、9mBar或者10mBar等，那么湿法氧化装置长时间高压，对器件造成损伤，且时间过短不能达到氧化目的，且不能保证靠近中心电流通道的氧化层致密度。
因此，本实施例中，将湿法氧化压力设定为逐渐递增的三个压力区间，且严格限定各压力区间的氧化时间，尤其是限定高压的第三压力的氧化时间，根据氧化的需要提高压力从而不断增加氧化能力，由此避免了仅采用某一压力窄范围区间不能满足氧化需求的问题，提供了更佳的氧化效果，同时也大大缩短了氧化时间至6s以下，提高了生产效率。
优选地，本实施例中，半导体结构的制备方法还包括呈梯度地不断提高湿法氧化装置的气体通入流量。
这样的设置，随着氧化时间的增加及氧化深度的深入，湿法氧化装置的气体通入流量逐渐升高，从而湿法氧化装置的氧化能力逐渐增强，增强了氧化气体向靠近电流通道210处的输送能力。因此越靠近电流通道210，对靠近电流通道210的含铝外延层200部分能够提供更强的氧化性，提高了靠近电流通道210的含铝外延层200部分的氧化速率，使该处氧化更致密，从而使含铝外延层200氧化后，自外侧至内侧形成绝缘体的致密度、折射率得到控制，实现靠近电流通道210处氧化致密性的提高、折射率降低以及氧化深度的可控，进一步缓解了现有技术中存在的外延结构氧化后绝缘体靠近电流通道区域致密性不高、折射率难以降低的技术问题。
优选地，使湿法氧化装置的气体通入流量为第一流量，保持第一时间；使湿法氧化装置的气体通入流量为第二流量，保持第二时间；使湿法氧化装置的气体通入流量为第三流量，保持第三时间；第一流量、第二流量及第三流量依次增高。
其中，第一流量的范围为1.1L/min-1.3L/min，第一时间的范围为1s-2s；第二流量的范围为1.2L/min-1.4L/min，第二时间的范围为1s-2s；第三流量的范围为1.3L/min-1.5L/min，第三时间的范围为1s-2s。
可选地，第一流量为1.1L/min、1.2L/min或者1.3L/min等，第二流量为1.2L/min、1.3L/min或者1.4L/min等，第三流量为1.3L/min、1.4L/min或者1.5L/min等。例如，第一流量为1.1L/min，第二流量为1.2L/min，第三流量为1.3L/min；或者，第一流量为1.2L/min，第二流量为1.3L/min，第三流量为1.4L/min；或者，第一流量为1.3L/min，第二流量为1.4L/min，第三流量为1.5L/min。
可选地，第一时间为1s、1.3s、1.5s或者2s等；第二时间为1s、1.3s、1.5s或者2s等；第三时间为1s、1.3s、1.5s或者2s等，第一时间、第二时间和第三时间可以相同，也可以不同，在此不进行限定。
需要说明的是，若呈梯度地不断提高湿法氧化装置的工作温度为手段一，呈梯度地不断提高湿法氧化装置的工作压力为手段二，呈梯度地不断提高湿法氧化装置的气体通入流量为手段三。手段一中的第一时间、手段二中的第一时间和手段三中的第一时间可以相同也可以不同，优选地，手段一中的第一时间、手段二中的第一时间和手段三中的第一时间相同。手段一中的第二时间、手段二中的第二时间和手段三中的第二时间可以相同也可以不同，优选地，手段一中的第二时间、手段二中的第二时间和手段三中的第二时间相同。手段一中的第三时间、手段二中的第三时间和手段三中的第三时间可以相同也可以不同，优选地，手段一中的第三时间、手段二中的第三时间和手段三中的第三时间相同。
需要说明的是，湿法氧化装置的氮气通入流量越大，含铝外延层氧化气流越大，且氧化能力越强。因此，若湿法氧化装置的氮气通入流量过低，例如湿法氧化装置的氮气通入流量小于1.1L/min，例如为1.03L/min、1.05L/min或者1.09L/min等，那么氧化气体流量低，需要氧化的时间长，且不能保证靠近中心电流通道的氧化层致密度；若湿法氧化装置的氮气通入流量过高，例如湿法氧化装置的氮气通入流量大于1.5L/min，例如为1.51L/min、1.53L/min或者1.6L/min等，那么氧化气体流量过高，长时间通入，物料浪费，成本高，时间过短不能达到氧化目的，且不能保证靠近中心电流通道的氧化层致密度。
因此，本实施例中，将湿法氧化气体流量设定为逐渐递增的三个气体流量区间，且严格限定各气体流量区间的氧化时间，尤其是限定高流量的第三气体流量的氧化时间，根据氧化的需要提高气体流量从而不断增加氧化能力，由此避免了仅采用某一气体流量窄范围区间不能满足氧化需求的问题，提供了更佳的氧化效果，同时也大大缩短了氧化时间至6s以下，提高了生产效率，节约了成本。
优选地，本实施例中，半导体结构的制备方法还包括S300：
湿法氧化装置升温至最高温度时，停止通入氧化气体，仅通入氮气，以高温退火；其中，最高温度的范围为460℃-500℃，高温退火时间范围为20分钟-25分钟，高温退火时氮气通入流量范围为3L/min-4L/min。
可选地，最高温度为460℃、470℃、480℃、490℃或者500℃等，高温退火时间为20分钟、21分钟、22分钟、23分钟、24分钟或者25分钟等，高温退火时氮气通入流量为3L/min、3.2 L/min、3.4 L/min、3.6 L/min、3.8 L/min或者4L/min等。
需要说明的是，晶体外延结构100为多层体结构，含铝外延层200为氧化介质层，该高温退火步骤能够改善氧化介质层与其他相邻层间界面质量，改善层间结合，减少层间缺陷。
通过上述方法，可将靠近中心限流区域的折射率控制在1.65-1.73，靠近晶体外延结构100外侧的折射率控制在1.85-1.74，同时显著减少了氧化时间、提高了效率。
对比例一
本对比例提供一种半导体结构的制备方法，该半导体结构的制备方法包括：
步骤一，获取一晶体外延结构，晶体外延结构包括含铝外延层。其中，晶体外延结构可以根据不同的设计需求，生长不同的组分层。优选地，含铝外延层中的铝组分为95％-100％，例如95％、96％、97％、98％、99％或者100％等。
步骤二，将晶体外延结构置入湿法氧化装置中，并向湿法氧化装置内通入氧化气体及氮气，以使含铝外延层被氧化，从而含铝外延层的两侧形成氧化介质层，中央形成电流通道。其中，湿法氧化装置的工作温度恒定不变。
经试验，这样的设置，湿法氧化装置的工作温度恒定不变，因此随着氧化时间的增加及氧化深度的深入，湿法氧化装置的氧化能力一直稳定，氧化气体向靠近电流通道处的输送能力不变。因此，随着氧化时间的增加，氧化结构由含铝外延层的外露表面逐渐向内部延伸，这使距电流通道距离的不同，含铝外延层的氧化程度不同，导致绝缘体密度分布不均匀，其中，远离电流通道的外侧绝缘体分布致密，靠近电流通道的内侧绝缘体分布疏松，导致外延结构边缘电流异常。
对比例二
本对比例提供一种半导体结构的制备方法，该半导体结构的制备方法包括：
步骤001，获取一晶体外延结构，晶体外延结构包括含铝外延层。其中，晶体外延结构可以根据不同的设计需求，生长不同的组分层。优选地，含铝外延层中的铝组分为95％-100％，例如95％、96％、97％、98％、99％或者100％等。
步骤002，将晶体外延结构置入湿法氧化装置中，并向湿法氧化装置内通入氧化气体及氮气，以使含铝外延层被氧化，从而含铝外延层的两侧形成氧化介质层，中央形成电流通道。其中，使湿法氧化装置的工作温度持续升高，而不是呈梯度逐渐递增。
经试验，这样的设置，该湿法氧化装置中每一温度阶段无停留保持，也即，湿法氧化装置的工作温度快速升高，短时间即可达到预设的最高温度，并保持于预设的最高温度下进行工件。
这样的设置，使湿法氧化装置于预设的最高温度下的氧化时间过长，由于长时间高温，对器件造成高温损伤，时间过短不能达到氧化目的，且不能保证靠近中心电流通道的氧化层致密度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：
S100，获取一晶体外延结构（100），所述晶体外延结构（100）包括含铝外延层（200）；
S200，将所述晶体外延结构（100）置入湿法氧化装置中，并向所述湿法氧化装置内通入氧化气体及氮气，以使所述含铝外延层（200）的两侧形成氧化介质层，中央形成电流通道（210）；
其中，呈梯度地不断提高所述湿法氧化装置的工作温度；
当所述湿法氧化装置升温至预处理温度时，通过载气将去离子水蒸气送入所述湿法氧化装置，以使所述去离子水蒸气离化成活性氧化粒子，所述活性氧化粒子能够与所述含铝外延层（200）氧化还原反应生成绝缘体；
所述预处理温度的范围为125℃-155℃，且所述湿法氧化装置的工作真空度的范围为0.2Pa-10Pa。
2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，使所述湿法氧化装置升温至第一温度后，保温第一时间；
使所述湿法氧化装置升温至第二温度后，保温第二时间；
使所述湿法氧化装置升温至第三温度后，保温第三时间；
所述第一温度大于所述预处理温度，且当所述湿法氧化装置升温至所述第一温度时，停止向所述湿法氧化装置通入所述去离子水；
所述第一温度、所述第二温度及所述第三温度依次增高。
3.根据权利要求2所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一温度的范围为410℃-440℃，所述第一时间的范围为1s-2s；所述第二温度的范围为441℃-460℃，所述第二时间的范围为1s-2s；所述第三温度的范围为461℃-500℃，所述第三时间的范围为1s-2s。
4.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述半导体结构的制备方法还包括：呈梯度地不断提高所述湿法氧化装置的工作压力。
5.根据权利要求4所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，使所述湿法氧化装置的工作压力升至第一压力后，保持第一时间；
使所述湿法氧化装置的工作压力升至第二压力后，保持第二时间；
使所述湿法氧化装置的工作压力升至第三压力后，保持第三时间；
所述第一压力、所述第二压力及所述第三压力依次增高。
6.根据权利要求5所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一压力的范围为2mBar-4mBar，所述第一时间的范围为1s-2s；所述第二压力的范围为4mBar-6mBar，所述第二时间的范围为1s-2s；所述第三压力的范围为5mBar-7mBar，所述第三时间的范围为1s-2s。
7.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述半导体结构的制备方法还包括：呈梯度地不断提高所述湿法氧化装置的气体通入流量。
8.根据权利要求7所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，使所述湿法氧化装置的气体通入流量为第一流量，保持第一时间；
使所述湿法氧化装置的气体通入流量为第二流量，保持第二时间；
使所述湿法氧化装置的气体通入流量为第三流量，保持第三时间；
所述第一流量、所述第二流量及所述第三流量依次增高。
9.根据权利要求8所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一流量的范围为1.1L/min-1.3L/min，所述第一时间的范围为1s-2s；所述第二流量的范围为1.2L/min-1.4L/min，所述第二时间的范围为1s-2s；所述第三流量的范围为1.3L/min-1.5 L/min，所述第三时间的范围为1s-2s。
10.根据权利要求1-9任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述半导体结构的制备方法还包括S300：
所述湿法氧化装置升温至最高温度时，停止通入氧化气体，仅通入氮气，以退火；
其中，所述最高温度的范围为460℃-500℃，退火时间范围为20分钟-25分钟，退火时氮气通入流量范围为3L/min-4L/min。
CN202210710385.5A 2022-06-22 2022-06-22 半导体结构的制备方法 Active CN114783870B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210710385.5A CN114783870B (zh) 2022-06-22 2022-06-22 半导体结构的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210710385.5A CN114783870B (zh) 2022-06-22 2022-06-22 半导体结构的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114783870A CN114783870A (zh) 2022-07-22
CN114783870B true CN114783870B (zh) 2022-09-20

Family

ID=82422214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210710385.5A Active CN114783870B (zh) 2022-06-22 2022-06-22 半导体结构的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114783870B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9925176D0 (en) * 1999-10-26 1999-12-22 Mitel Semiconductor Ab Method and apparatus for the controlled oxidiation of materials
CN1503415A (zh) * 2002-11-26 2004-06-09 ��ʽ���綫֥ 表面发光型半导体激光器及其制造方法
CN1672249A (zh) * 2002-07-30 2005-09-21 因芬尼昂技术股份公司 氧化层的方法及基板的相关支持装置
CN1943020A (zh) * 2005-02-15 2007-04-04 株式会社理光 半导体氧化设备和制造半导体元件的方法
CN111834891A (zh) * 2020-09-17 2020-10-27 山东元旭光电股份有限公司 一种vcsel芯片的低温氧化方法
CN113904215A (zh) * 2021-10-09 2022-01-07 苏州长瑞光电有限公司 垂直腔面发射激光器湿法氧化方法及垂直腔面发射激光器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9925176D0 (en) * 1999-10-26 1999-12-22 Mitel Semiconductor Ab Method and apparatus for the controlled oxidiation of materials
CN1672249A (zh) * 2002-07-30 2005-09-21 因芬尼昂技术股份公司 氧化层的方法及基板的相关支持装置
CN1503415A (zh) * 2002-11-26 2004-06-09 ��ʽ���綫֥ 表面发光型半导体激光器及其制造方法
CN1943020A (zh) * 2005-02-15 2007-04-04 株式会社理光 半导体氧化设备和制造半导体元件的方法
CN111834891A (zh) * 2020-09-17 2020-10-27 山东元旭光电股份有限公司 一种vcsel芯片的低温氧化方法
CN113904215A (zh) * 2021-10-09 2022-01-07 苏州长瑞光电有限公司 垂直腔面发射激光器湿法氧化方法及垂直腔面发射激光器

Also Published As

Publication number Publication date
CN114783870A (zh) 2022-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI619175B (zh) 製造半導體裝置的方法
US11139170B2 (en) Apparatus and method for bonding substrates
CN102104074B (zh) 半导体器件及其制造方法
JP2019129315A (ja) 半導体製品用絶縁層構造及びその作製方法
KR20160106583A (ko) 성막 방법 및 열처리 장치
CN114783870B (zh) 半导体结构的制备方法
CN103794638A (zh) 一种igbt器件及其制作方法
JP2014504446A (ja) 複数の半導体層の水素パシベーション方法
JP2013221176A (ja) 薄膜製造方法および薄膜製造装置
CN110190127A (zh) 一种具有l型掩蔽层结构的碳化硅mosfet器件
JP2022050886A (ja) 窒化物半導体ウェーハの製造方法
KR20100030090A (ko) 태양전지와 그의 제조 방법 및 제조 장치
KR101117261B1 (ko) 절연체 박막 내에 반도체 물질 양자점들을 형성하는 장치 및 방법
CN108611680B (zh) 一种高速高质量单晶金刚石的生长方法
CN103489771A (zh) 氮氧化硅绝缘结构及其制作方法
CN103811262A (zh) 电感耦合等离子体处理装置
CN114783869B (zh) 制备半导体结构的方法、半导体结构及半导体器件
WO2020248517A1 (zh) 通过超高真空退火处理SrTiO 3单晶界或多晶界衬底的方法和制备FeSe超导薄膜的方法
JP6638031B2 (ja) 基板をボンディングする装置および方法
JP2015525975A (ja) 基板のボンディング方法
CN112864228A (zh) 一种掺杂工艺提高半导体器件击穿电压的结构及其制备方法
JP5091536B2 (ja) ポリシリコン層の改質方法、ポリシリコン太陽電池の製造方法及びポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法並びにポリシリコン層の改質装置
JP2011119375A (ja) 半導体デバイスおよびその製造方法
JP3687520B2 (ja) 電界放射型電子源およびその製造方法
JP2023002767A (ja) 基板をボンディングする装置および方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant