專利名稱：砷化鎵、磷化鎵襯底干處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料襯底的處理技術(shù)，更詳細(xì)地是涉及光電子器件的砷化鎵、磷化鎵襯底表面處理技術(shù)。
半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)是一種多層結(jié)構(gòu)，其制造是在稱為襯底的半導(dǎo)體晶體上生長(zhǎng)不同的半導(dǎo)體材料，器件的成功要求生長(zhǎng)材料的晶格是襯底晶格的延續(xù)，稱為外延。在襯底表面生長(zhǎng)材料前需清洗干凈，襯底表面結(jié)構(gòu)完整并獲得原子清潔是外延成功的關(guān)鍵。
光電子器件主要以砷化鎵、磷化鎵為襯底，現(xiàn)有比較成熟的砷化鎵、磷化鎵襯底處理主要采用濕處理方法，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(guò)渡-→去離子水漂清-→化學(xué)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(shù)存在如下缺陷(1)技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備成本高；(2)襯底清洗過(guò)程被自己產(chǎn)生的產(chǎn)物污染，存在交叉污染；(3)襯底脫水過(guò)程中被大氣污染；(4)存在大量的有毒化學(xué)藥品的處理及環(huán)保問(wèn)題，特別是水質(zhì)污染問(wèn)題得不到解決；(5)襯底的處理與材料生長(zhǎng)不能在同一設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，使處理后的襯底片需要包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸，帶來(lái)塑料包裝材料的痕量污染(污染源是塑料分解釋放出的痕量氣體)；(6)由于半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)所用的襯底越來(lái)越大，而且很薄很脆，用常規(guī)的濕處理方法很難洗干凈，或洗后產(chǎn)生非均勻腐蝕。
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種砷化鎵、磷化鎵襯底的干處理方法，采用無(wú)需水洗和脫水步驟、無(wú)腐蝕作用的氣態(tài)清洗劑，消除清洗產(chǎn)物的交叉污染、水和大氣污染，制備表面結(jié)構(gòu)完整且達(dá)到原子清潔的襯底片。
本發(fā)明的砷化鎵、磷化鎵襯底的干處理方法是直接用襯底生長(zhǎng)材料的氣體源為清洗劑，使高速轉(zhuǎn)動(dòng)的襯底表面與氣體源在高溫下相互作用而實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底的清洗，該氣體源是經(jīng)氫氣稀釋的砷烷或磷烷。
本發(fā)明的砷化鎵、磷化鎵襯底干處理方法包括下列步驟(1)經(jīng)粗洗的襯底片置于密封設(shè)備的轉(zhuǎn)盤上；(2)抽真空至5-30乇；(3)啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤使轉(zhuǎn)速達(dá)到500轉(zhuǎn)/分-1500轉(zhuǎn)/分；(4)通入氣體源，同時(shí)升溫至400℃-800℃，保溫30-120分鐘；本發(fā)明采用生長(zhǎng)材料過(guò)程使用的氣體源，氣體源的使用方法與生長(zhǎng)材料通入氣體源的方法相同，避免了清洗劑的二次污染，而且與洗后襯底進(jìn)入生長(zhǎng)材料過(guò)程相銜接。砷烷或磷烷的含量控制為1％-10％時(shí)，清洗效果更好。
發(fā)明人經(jīng)過(guò)不斷探索發(fā)現(xiàn)，在高溫下使高速轉(zhuǎn)動(dòng)的襯底與氣體源接觸能產(chǎn)生很好的清洗效果，同時(shí)通過(guò)抽真空可避免襯底表面氧化。
本發(fā)明所使用的密封設(shè)備要求有轉(zhuǎn)盤、通氣口、抽氣口，和升降溫及保溫功能，可以是材料生長(zhǎng)設(shè)備或其他合乎要求的設(shè)備，例如EMCORE公司制造的GS/3100機(jī)、GS/3200機(jī)、GS/3300機(jī)等。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的光電子器件襯底干處理方法與進(jìn)行材料生長(zhǎng)的氣相反應(yīng)室相容，襯底清洗干凈后可直接進(jìn)行材料生長(zhǎng)處理，避免襯底包裝、運(yùn)輸和再安裝帶來(lái)二次污染；2、本發(fā)明直接采用襯底生長(zhǎng)材料的氣體源為清洗劑，因此無(wú)需水洗、無(wú)需脫水、無(wú)需用與材料生長(zhǎng)無(wú)關(guān)的或不相容的清洗劑或腐蝕劑，因而消除了清洗設(shè)備自身固有的由清洗產(chǎn)物造成的污染、交叉污染及水和大氣造成的污染；3、本發(fā)明的方法密封操作，避免大氣污染；4、本發(fā)明可直接使用材料生長(zhǎng)設(shè)備對(duì)襯底進(jìn)行處理，技術(shù)簡(jiǎn)單，且大大降低設(shè)備成本；5、本發(fā)明用生長(zhǎng)材料的氣體源為清洗劑，可對(duì)大面積襯底片進(jìn)行均勻干洗。
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步敘述。實(shí)施例1用EMCORE公司制造的GS/3200機(jī)對(duì)2寸砷化鎵襯底圓片進(jìn)行清洗，按下列步驟進(jìn)行1、2英寸砷化鎵襯底圓片在單片Teflon離心機(jī)上用交換水沖凈甩干；2、將襯底裝入GS/3200機(jī)的進(jìn)樣室的托盤上；3、進(jìn)樣室充入高純氮?dú)饨惶孢M(jìn)行3次；4、用機(jī)械手將托盤送入清洗室的高速轉(zhuǎn)盤上；5、進(jìn)入清洗程序抽真空至10乇-→通入氫氣-→啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤使轉(zhuǎn)速達(dá)500轉(zhuǎn)/分-→升溫、加砷烷-→400℃恒溫120分鐘，完成清洗。
6、在襯底表面生長(zhǎng)材料加鎵源-→降溫、停鎵源-→檢驗(yàn)-→取片。
在砷化鎵襯底的清洗程序和生長(zhǎng)材料過(guò)程中，控制砷烷含量保持在1％。
樣品的X-衍射測(cè)量分析結(jié)果表明，襯底表面的生長(zhǎng)材料是單晶外延，說(shuō)明襯底表面結(jié)構(gòu)完整并達(dá)到原子清潔。
樣品的掃描電子顯微鏡分析結(jié)果是，生長(zhǎng)層的厚度是均勻的，說(shuō)明襯底表面結(jié)構(gòu)平整。
實(shí)施例2用EMCORE公司制造的GS/3200機(jī)對(duì)4英寸磷化鎵襯底圓片進(jìn)行清洗，按下列步驟進(jìn)行1、磷化鎵襯底圓片在單片Teflon離心機(jī)上用交換水沖凈甩干；2、將襯底裝入GS/3200機(jī)的進(jìn)樣室的托盤上；3、進(jìn)樣室充入高純氮?dú)饨惶孢M(jìn)行3次；4、用機(jī)械手將托盤送入清洗室的高速轉(zhuǎn)盤上；5、進(jìn)入清洗程序抽真空至5乇-→通入氫氣-→啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤使轉(zhuǎn)速達(dá)1500轉(zhuǎn)/分-→升溫、加磷烷-→800℃恒溫100分鐘，完成清洗。
6、在襯底表面生長(zhǎng)材料加鎵源-→降溫、停鎵源-→檢驗(yàn)-→取片。
在磷化鎵襯底的清洗程序和生長(zhǎng)材料過(guò)程中，控制磷烷含量保持在8％。
樣品的X-衍射測(cè)量分析結(jié)果表明，襯底表面的生長(zhǎng)材料是單晶外延，說(shuō)明襯底表面結(jié)構(gòu)完整并達(dá)到原子清潔。
樣品的掃描電子顯微鏡分析結(jié)果是，生長(zhǎng)層的厚度是均勻的，說(shuō)明襯底表面結(jié)構(gòu)平整。
實(shí)施例3用EMCORE公司制造的GS/3100機(jī)對(duì)1寸砷化鎵襯底圓片進(jìn)行清洗，按下列步驟進(jìn)行1、1英寸砷化鎵襯底圓片在單片Teflon離心機(jī)上用交換水沖凈甩干；2、將襯底裝入GS/3200機(jī)的進(jìn)樣室的托盤上；3、進(jìn)樣室充入高純氮?dú)饨惶孢M(jìn)行3次；4、用機(jī)械手將托盤送入清洗室的高速轉(zhuǎn)盤上；5、進(jìn)入清洗程序抽真空至30乇-→通入氫氣-→啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤使轉(zhuǎn)速達(dá)700轉(zhuǎn)/分-→升溫、加砷烷-→700℃恒溫30分鐘，完成清洗。
6、在襯底表面生長(zhǎng)材料加鎵源-→降溫、停鎵源-→檢驗(yàn)-→取片。
在砷化鎵襯底的清洗程序和生長(zhǎng)材料過(guò)程中，控制砷烷含量保持在10％。
樣品的X-衍射測(cè)量分析結(jié)果表明，襯底表面的生長(zhǎng)材料是單晶外延，說(shuō)明襯底表面結(jié)構(gòu)完整并達(dá)到原子清潔。
樣品的掃描電子顯微鏡分析結(jié)果是，生長(zhǎng)層的厚度是均勻的，說(shuō)明襯底表面結(jié)構(gòu)平整。
權(quán)利要求
1.一種砷化鎵、磷化鎵襯底的干處理方法，其特征在于直接用襯底生長(zhǎng)材料的氣體源為清洗劑，使高速轉(zhuǎn)動(dòng)的襯底表面與氣體源在高溫下相互作用，該氣體源是經(jīng)氫氣稀釋的砷烷或磷烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵、磷化鎵襯底干處理方法，其特征在于包括下列步驟(1)經(jīng)粗洗的襯底片置于密封設(shè)備的轉(zhuǎn)盤上；(2)抽真空至5-30乇；(3)啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤使轉(zhuǎn)速達(dá)到500轉(zhuǎn)/分-1500轉(zhuǎn)/分；(4)通入氣體源，同時(shí)升溫至400℃-800℃，保溫30-120分鐘；
3.按照權(quán)利要求2所述的砷化鎵、磷化鎵襯底干處理方法，其特征在于控制砷烷或磷烷的含量為1％-10％。
全文摘要
一種砷化鎵、磷化鎵襯底的干處理方法,直接用襯底生長(zhǎng)材料的氣體源為清洗劑,使高速轉(zhuǎn)動(dòng)的襯底表面與氣體源在高溫下相互作用,制備出表面結(jié)構(gòu)完整且達(dá)到原子清潔的襯底;本發(fā)明方法消除了清洗設(shè)備自身固有的由清洗產(chǎn)物造成的污染、交叉污染及水和大氣造成的污染;本發(fā)明方法因與生長(zhǎng)材料的氣相反應(yīng)室相容,襯底清洗干凈后可直接進(jìn)行材料生長(zhǎng)處理,避免襯底包裝、運(yùn)輸和再安裝帶來(lái)二次污染。
文檔編號(hào)H01L21/30GK1217296SQ98121590
公開日1999年5月26日 申請(qǐng)日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月11日
發(fā)明者廖?？? 劉頌豪 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)華南量子電子學(xué)研究所