硅襯底的表面改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其涉及一種硅襯底的表面改性方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵基材料的禁帶寬度是直接帶隙的，在載流子復(fù)合時具有較高的量子效率，非常適合用來制作藍/綠/紫外光發(fā)光器件及紫外光探測器件。同時，其具有高電子飽和速率、高擊穿電場、高電子迀移率，高熱導(dǎo)率，高硬度，高穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，較小的介電常數(shù)和耐高溫等一系列優(yōu)點，使得其在高溫、高頻、光電子、大功率以及抗輻射等方面有著廣泛的實際應(yīng)用價值和巨大的市場潛力。
[0003]由于硅襯底具有導(dǎo)熱率高、成本低、制造技術(shù)成熟、高質(zhì)量大尺徑襯底已商品化等優(yōu)點，因此硅襯底上外延生長氮化鎵基器件材料如半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)，高電子迀移率晶體管(HEMT)等具有極大成本優(yōu)勢。
[0004]在硅襯底上外延生長氮化鎵層的主要技術(shù)困難來自于兩方面:一是氮化鎵外延層和硅襯底之間的晶格常數(shù)和熱漲系數(shù)有極大差異，該差異造成氮化鎵外延層內(nèi)存在巨大應(yīng)力，應(yīng)力降低了外延層的晶體質(zhì)量，甚至可產(chǎn)生裂紋，無法應(yīng)用于器件制作。二是在氮化物生長過程中，鎵液滴會向硅襯底產(chǎn)生回融腐蝕現(xiàn)象，引起表面粗化，產(chǎn)生多晶，材料晶體質(zhì)量惡化。因此，控制鎵液滴對硅襯底的回融腐蝕現(xiàn)象，減小應(yīng)力避免氮化鎵外延層裂紋上的產(chǎn)生，提高其晶體質(zhì)量是硅基氮化鎵材料能夠得以器件應(yīng)用的前提。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種硅襯底的表面改性方法，可以提高外延晶體質(zhì)量。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種硅襯底的表面改性方法，用于在MOCVD工藝生長GaN襯底前的預(yù)處理，包括如下步驟:采用改性離子注入至生長表面，所述改性離子中包括Al元素，還包括氮元素和氧元素中的至少一種。采用上述方法表面改性后的硅襯底可以用于高質(zhì)量的氮化物的外延生長，這是由于Al和N、O能改變硅表面結(jié)構(gòu)特性，化學(xué)穩(wěn)定性更強，避免氮化鎵生長時鎵液滴回融腐蝕現(xiàn)象。同時由于Al、0、N等原子的注入，晶格常數(shù)和熱漲系數(shù)失配及應(yīng)力問題得到很好的改善，緩解應(yīng)力，無裂紋產(chǎn)生，使晶體質(zhì)量提尚O
[0007]可選的，注入能量范圍為10_150keV。
[0008]可選的，注入的總劑量范圍為IX 112Cm2?IX 10 14cm2。
[0009]可選的，進一步包括注入后退火的步驟。
[0010]可選的，退火的溫度范圍400-1000°C，時間為10S-300S。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于，經(jīng)過離子注入退火工藝后，硅襯底與氮化鎵材料之間的晶格常數(shù)和熱漲系數(shù)失配及應(yīng)力問題得到很好的改善。本發(fā)明具有易操作、可控性好等優(yōu)點，使外延生長條件窗口更寬。
【附圖說明】
[0012]附圖1所示是本發(fā)明的【具體實施方式】的工藝示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的硅襯底的表面改性方法的【具體實施方式】做詳細說明。
[0014]附圖1所示是本發(fā)明的【具體實施方式】的工藝示意圖，將改性離子11注入至襯底10的生長表面，所述改性離子中包括Al元素，還包括氮元素和氧元素中的至少一種。注入在襯底10中形成阻擋層12，該層化學(xué)穩(wěn)定性更強，避免后續(xù)氮化鎵生長時鎵液滴回融腐蝕現(xiàn)象。
[0015]本【具體實施方式】給出三個實施例。
[0016]實施例1。
[0017]采用離子注入硅襯底，襯底晶向為〈111〉，尺寸為8英寸。在50keV下注入鋁和氮的劑量分別為3.5X1013cm2和5X10 13cm2，退火溫度為760°C，時間為5min。然后可用作氮化鎵材料的MOCVD外延襯底。
[0018]實施例2。
[0019]采用離子注入娃襯底，襯底晶向為〈111〉，尺寸為8英寸。在50keV下注入鋁和氧的劑量分別為3.5X 113Cm2和7.5X10 13Cm2，退火溫度為760°C，時間為5min。然后可用作氮化鎵材料的MOCVD外延襯底。
[0020]實施例3。
[0021]采用離子注入硅襯底，襯底晶向為〈111〉，尺寸為6英寸。在30keV下注入鋁、氧、氮的劑量分別為5.5X 1013cm2、3X 113Cm2和3X 10 13Cm2,退火溫度為820°C，時間為5min。然后可用作氮化鎵材料的MOCVD外延襯底。
[0022]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種硅襯底的表面改性方法，用于在MOCVD工藝生長GaN襯底前的預(yù)處理，其特征在于，包括如下步驟: 采用改性離子注入至生長表面，所述改性離子中包括Al元素，還包括氮元素和氧元素中的至少一種。注入深度為10納米-1000納米。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底的表面改性方法，其特征在于，注入能量范圍為10-150keVo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底的表面改性方法，其特征在于，注入的總劑量范圍為I X 112Cm2?1X10 14cm2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅襯底的表面改性方法，其特征在于，進一步包括注入后退火的步驟。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅襯底的表面改性方法，其特征在于，退火的溫度范圍400-1000°C，時間為 10s-300S。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種硅襯底的表面改性方法，用于在MOCVD工藝生長GaN襯底前的預(yù)處理，包括如下步驟：采用改性離子注入至生長表面，所述改性離子中包括Al元素，還包括氮元素和氧元素中的至少一種。采用上述方法表面改性后的硅襯底可以用于高質(zhì)量的氮化物的外延生長，其能避免氮化鎵生長時鎵液滴回融腐蝕現(xiàn)象，緩解應(yīng)力，無裂紋產(chǎn)生，使晶體質(zhì)量提高。本發(fā)明的優(yōu)點在于，經(jīng)過離子注入退火工藝后，硅襯底與氮化鎵材料之間的晶格常數(shù)和熱漲系數(shù)失配及應(yīng)力問題得到很好的改善。本發(fā)明具有易操作、可控性好等優(yōu)點，使外延生長條件窗口更寬。
【IPC分類】H01L31/18
【公開號】CN105047752
【申請?zhí)枴緾N201510315465
【發(fā)明人】閆發(fā)旺, 張峰, 王文宇
【申請人】上海新傲科技股份有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月10日