CN117238753B - 一种氧气辅助氢气微刻蚀氧化镓衬底的预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧气辅助氢气微刻蚀氧化镓衬底的预处理方法。该预处理方法包括两种：一种是针对n‑低阻型的氧化镓衬底进行预处理，另一种是针对半绝缘型的氧化镓衬底进行预处理。在高温条件下，向反应腔室内通入氢气，氢气能够将氧化镓分解还原成Ga2O，起到表面刻蚀的作用，辅加一定的氧气来减缓刻蚀速度，同时防止氧化镓衬底表面被破坏；另外，采取氢气和氧气处理还能够去除加工残留的有机物、金属离子等，对氧化镓衬底表面进行二次清洁。从而提高外延膜的质量，改善氧化镓器件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及氧化镓半导体材料制备方法，尤其涉及一种氧气辅助氢气微刻蚀氧化镓衬底的预处理方法。
背景技术
氧化镓是一种性能优异的超宽禁带半导体材料，具有击穿场强高、巴利优加值大、导通电阻低和制作成本低等特点，以及良好的化学和热稳定性，可研制出耐压更高、损耗更低、抗辐照性能更优的功率器件，有望实现军民两用，具有重大的经济价值。
氧化镓器件性能的实现需要一层器件层，器件层即在氧化镓衬底上同质外延一层氧化镓膜。其中，氧化镓衬底的表面加工质量对外延膜的质量非常关键。氧化镓衬底经过传统的化学机械加工后，会不可避免的产生一层亚损伤层，且无法用光学显微镜观测，但会在外延生长过程中显现出来。亚损伤层的存在会降低外延膜的质量，导致器件性能变差。然而，传统技术无法改善氧化镓外延的质量，从而影响器件性能。
发明内容
鉴于现有技术存在无法改善氧化镓外延的质量、影响器件性能的问题，本发明提供一种氧气辅助氢气微刻蚀氧化镓衬底的预处理方法。本预处理方法包括两种：一种是针对n-低阻型的氧化镓衬底进行预处理，另一种是针对半绝缘型的氧化镓衬底进行预处理。
本发明采取的技术方案是：一种氧气辅助氢气微刻蚀氧化镓衬底的预处理方法，所述氧化镓衬底为n-低阻型氧化镓衬底，预处理有以下步骤：
步骤A1、将n-低阻型氧化镓衬底放置在反应腔室内，采用7000sccm的氮气或氩气，设置腔室内的压力为400-800mbar。
步骤A2、将外延生长系统升温，确保腔室温度升至500-950℃。
步骤A3、待温度稳定后，向腔室内通入氢气对n-低阻型氧化镓衬底表面进行预处理，待氢气通入2min后，再通入氧气，其中氢气的流量范围为20-200sccm，氧气的流量范围为20-50sccm，处理时间范围为5-30min。
步骤A4、达到预设处理时间后，停止通入氢气和氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氢气和氧气完全被去除。
步骤A5、预处理完毕后，设置腔室温度为23℃，等待自然降温至室温后，将n-低阻型氧化镓衬底取出。
本发明所述另一种氧气辅助氢气微刻蚀氧化镓衬底的预处理方法，所述氧化镓衬底为半绝缘型氧化镓衬底，预处理有以下步骤：
步骤B1、将半绝缘型氧化镓衬底放置在反应腔室内，采用7000sccm的氮气或氩气，设置腔室内的压力为400-800mbar。
步骤B2、待压力稳定后，向腔室内通入氧气，氧气的流量范围为50-200sccm。
步骤B3、将外延生长系统升温，确保腔室温度升至500-950℃。
步骤B4、待温度稳定后，停止通入氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氧气完全被去除。
步骤B5、重新设置腔室内的压力为400-800mbar，待压力稳定后，向腔室内通入氢气对半绝缘型氧化镓衬底表面进行预处理，待氢气通入2min后，再通入氧气，其中氢气的流量范围为20-200sccm，氧气的流量范围为20-50sccm，处理时间范围为5-30min。
步骤B6、达到预设时间后，停止通入氢气和氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氢气和氧气完全被去除。
步骤B7、预处理完毕后，设置腔室温度为23℃，等待自然降温至室温后，将半绝缘型氧化镓衬底取出。
本发明的预处理机理：在高温条件下，向反应腔室内通入氢气，氢气能够将氧化镓分解还原成Ga2O，起到表面刻蚀的作用，辅加一定的氧气来减缓刻蚀速度，同时防止氧化镓衬底表面被破坏；另外，采取氢气和氧气处理还能够去除加工残留的有机物、金属离子等，对氧化镓衬底表面进行二次清洁。
本发明的有益效果是：通过氧气辅助氢气微刻蚀氧化镓衬底的预处理方法，达到去除衬底亚损伤层和二次清洁的效果，从而提高外延膜的质量，改善氧化镓器件的性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：步骤A1、将n-低阻型氧化镓衬底放置在外延生长系统的反应腔室内，采用7000sccm的氮气或氩气，设置腔室内的压力为500mbar。
步骤A2、将外延生长系统升温，确保腔室温度升至500℃，并稳定10min。
步骤A3、待温度稳定后，向腔室内通入氢气对n-低阻型氧化镓衬底表面进行预处理，待氢气通入2min后，再通入氧气，其中氢气的流量为200sccm，氧气的流量为50sccm，处理时间为30min。
步骤A4、达到预设处理时间刻蚀结束后，停止通入氢气和氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氢气和氧气完全被去除。
步骤A5、预处理完毕后，设置腔室温度为23℃，等待自然降温至室温后，将n-低阻型氧化镓衬底取出。
实施例2：步骤A1、将n-低阻型氧化镓衬底放置在外延生长系统的反应腔室内，采用7000sccm的氮气或氩气，设置腔室内的压力为500mbar。
步骤A2、将外延生长系统升温，确保腔室温度升至800℃，并稳定10min。
步骤A3、待温度稳定后，向腔室内通入氢气对n-低阻型氧化镓衬底表面进行预处理，待氢气通入2min后，再通入氧气，其中氢气的流量为50sccm，氧气的流量为30sccm，处理时间为15min。
步骤A4、达到预设处理时间刻蚀结束后，停止通入氢气和氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氢气和氧气完全被去除。
步骤A5、预处理完毕后，设置腔室温度为23℃，等待自然降温至室温后，将n-低阻型氧化镓衬底取出。
实施例3：步骤A1、将n-低阻型氧化镓衬底放置在外延生长系统的反应腔室内，采用7000sccm的氮气或氩气，设置腔室内的压力为500mbar。
步骤A2、将外延生长系统升温，确保腔室温度升至950℃，并稳定10min。
步骤A3、待温度稳定后，向腔室内通入氢气对n-低阻型氧化镓衬底表面进行预处理，待氢气通入2min后，再通入氧气，其中氢气的流量为20sccm，氧气的流量为20sccm，处理时间为5min。
步骤A4、达到预设处理时间刻蚀结束后，停止通入氢气和氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氢气和氧气完全被去除。
步骤A5、预处理完毕后，设置腔室温度为23℃，等待自然降温至室温后，将n-低阻型氧化镓衬底取出。
实施例4：步骤B1、将半绝缘型氧化镓衬底放置在外延生长系统的反应腔室内，采用7000sccm的氮气或氩气，设置腔室内的压力为500mbar。
步骤B2、待压力稳定后，向腔室内通入氧气，氧气的流量为100sccm。
步骤B3、将外延生长系统升温，确保腔室温度升至950℃，并稳定10min。
步骤B4、待温度稳定后，停止通入氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氧气完全被去除。
步骤B5、重新设置腔室内的压力为500mbar，待压力稳定后，向腔室内通入氢气对半绝缘型氧化镓衬底表面进行预处理，待氢气通入2min后，再通入氧气，其中氢气的流量为20sccm，氧气的流量为20sccm，处理时间为5min。
步骤B6、达到预设时间刻蚀结束后，停止通入氢气和氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氢气和氧气完全被去除。
步骤B7、预处理完毕后，设置腔室温度为23℃，等待自然降温至室温后，将半绝缘型氧化镓衬底取出。
实施例1-4设定工艺参数有所不同，但最后的检测结果没有区别。氧化镓衬底经过预处理后，采用原子力显微镜对表面进行检测，测试范围为10μm×10μm，表面呈现原子台阶形貌、无颗粒无划痕，表面粗糙度Ra＜0.5nm。
两种方法机理相同，n-低阻型氧化镓衬底氢气刻蚀前不用氧气处理，因为直接采用氧气处理会影响n-低阻型氧化镓衬底电阻率，而半绝缘型氧化镓衬底直接采用氧气处理不会影响电阻率，因此可以提前通入氧气去除表面的有机物等。
Claims (1)
1.一种氧气辅助氢气微刻蚀氧化镓衬底的预处理方法，其特征在于，所述氧化镓衬底为半绝缘型氧化镓衬底，预处理有以下步骤：
步骤B1、将半绝缘型氧化镓衬底放置在反应腔室内，采用7000sccm的氮气或氩气，设置腔室内的压力为400-800mbar；
步骤B2、待压力稳定后，向腔室内通入氧气，氧气的流量范围为50-200sccm；
步骤B3、将外延生长系统升温，确保腔室温度升至500-950℃；
步骤B4、待温度稳定后，停止通入氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氧气完全被去除；
步骤B5、重新设置腔室内的压力为400-800mbar，待压力稳定后，向腔室内通入氢气对半绝缘型氧化镓衬底表面进行预处理，待氢气通入2min后，再通入氧气，其中氢气的流量范围为20-200sccm，氧气的流量范围为20-50sccm，处理时间范围为5-30min；
步骤B6、达到预设时间后，停止通入氢气和氧气，将腔室内压力设为0mbar，直至氢气和氧气完全被去除；
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