一種清洗鈍化GaAS晶圓表面的方法
【專(zhuān)利摘要】一種清洗鈍化GaAS晶圓表面的方法，首先將GaAS晶圓用有機(jī)溶液處理，除去表面的油污；然后用鹽酸溶液浸泡GaAS襯底，除去表面的氧化層；接著采用紫外-臭氧方法對(duì)GaAs表面進(jìn)行鈍化；最后將鈍化后的GaAS襯底用去離子水沖洗表面并用高純氮?dú)獯蹈?。本發(fā)明處理后晶圓的表面氧化物接近未處理前晶圓的表面特性，同時(shí)鈍化后器件的功率特性、增益特性，特別是抗電壓特性有了明顯的提高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種清洗鈍化GaAS晶圓表面的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種GaAS基微波器件的制備工藝過(guò)程，具體是制備過(guò)程中一種清洗 鈍化GaAS晶圓表面的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] GaAS具有很高的電子遷移率，大的禁帶寬度，低于si的功耗等優(yōu)點(diǎn)，已成為高性 能微電子和光電子半導(dǎo)體器件優(yōu)選材料之一，但GaAs表面極易氧化，形成很高的表面和界 面的態(tài)密度，從而引起費(fèi)米能級(jí)釘扎和高表面復(fù)合速度。而且其自體氧化層結(jié)構(gòu)疏松、組分 穩(wěn)定性差，完全不具有鈍化功能。
[0003] 發(fā)展有效的表面鈍化（SurfacePassivation)方法，成為發(fā)展GaAS基微波器件的 一個(gè)極其重要關(guān)鍵的步驟。研究表明，進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻骖A(yù)處理（表面清洗與鈍化）可以極 大地改進(jìn)高遷移率溝道材料的界面質(zhì)量，有效降低界面態(tài)密度，獲得較好的電學(xué)性能，解 決費(fèi)米能級(jí)釘扎問(wèn)題。
[0004] 目前，去除GaAs本征氧化物主要采用化學(xué)溶液法，利用酸性溶液進(jìn)行清洗，而 GaAS表面鈍化大多采用硫化按溶液處理，即國(guó)內(nèi)外較成熟的S鈍化法。但是S鈍化法對(duì)環(huán) 境存在一定危害，且處理后的GaAS表面存在一定瑕疵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種安全環(huán)保的清洗鈍化GaAS晶圓表面的方 法，該方法有效保證了GaAS襯底的平整性，明顯提高了GaAS基微波器件的電學(xué)性能。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種清洗鈍化GaAS晶圓表面的方法， 其包括以下步驟：首先將GaAs襯底用有機(jī)溶液處理，除去表面的油污；然后用鹽酸溶液浸 泡GaAS晶圓，除去表面的自體氧化層，由于HCl對(duì)As和Ga的各價(jià)氧化物都可發(fā)生反應(yīng)生 成可溶性的鹽，因此上述去除的Cl-和H+都不具有氧化性，所以在鹽酸溶液中GaAs表面是 完整的；接著采用紫外-臭氧方法對(duì)GaAs表面進(jìn)行鈍化；最后將鈍化后的GaAS襯底用去離 子水沖洗表面并用高純氮?dú)獯蹈伞?br> [0007] 所述有機(jī)溶液處理過(guò)程為，用三氯乙烯溶劑超聲清洗10分鐘。
[0008] 所述的紫外-臭氧方法，主要是紫外-臭氧設(shè)備產(chǎn)生185nm和254nm高強(qiáng)度UV光。 185nm波長(zhǎng)紫外光的光能量能將空氣中的氧氣（O2)分解成臭氧（O3)，而254nm波長(zhǎng)的紫外 光的光能量能將O3分解成O2和活性氧（〇)?；钚匝蹩蓪aAs表面的As的氧化物As2O3變 成As2O5，將Ga的氧化物化物GaO變成Ga2O3，當(dāng)Ga203、As2O5和As2O3達(dá)到適宜時(shí)可形成穩(wěn) 定的、均勻的鈍化層。在連續(xù)進(jìn)行的光敏氧化反應(yīng)中，生成的活性氧原子與活化了的有機(jī)物 (即碳?xì)浠衔铮┓肿影l(fā)生氧化反應(yīng)，生成揮發(fā)性氣體（如C02,CO,H20,NO等）逸出物體表 面，從而徹底清除粘附在物體表面上的有機(jī)污染物，達(dá)到清洗的目的。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0010] 采用紫外-臭氧方法對(duì)GaAs表面進(jìn)行鈍化的方法，可在GaAs表面形成穩(wěn)定性好 的鈍化膜。與常規(guī)S鈍化相比，紫外-臭氧方法不僅可以避免S雜質(zhì)的η型沾污，而且該方 法在實(shí)現(xiàn)GaAs表面的鈍化的同時(shí)還具有去除樣品表面有機(jī)沾污的功能，可為離子注入和 外延提供理想的襯底表面。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0013] 如圖1為本發(fā)明的實(shí)施流程圖，GaAs晶圓表面的清洗鈍化工藝，工藝流程：GaAS襯 底首先用有機(jī)溶液處理，用三氯乙烯超聲清洗10分鐘，除去表面的油污；然后用鹽酸溶液 浸泡GaAS襯底3分鐘，除去表面的自體氧化層；接著采用紫外-臭氧方法對(duì)GaAs表面進(jìn)行 鈍化；最后將鈍化后的GaAS襯底用去離子水沖洗表面并用高純氮?dú)獯蹈伞?br> [0014] 紫外-臭氧方法鈍化作用過(guò)程：
[0015] 紫外-臭氧設(shè)備產(chǎn)生185nm和254nm高強(qiáng)度UV光，分別將空氣中的氧氣（O2)分解 成臭氧（O3)和活性氧（〇)?；钚匝鯇aAs表面的As的氧化物As2O3變成As2O5，將Ga的氧 化物化物GaO變成Ga2O3，當(dāng)Ga203、As2O5和As2O3達(dá)到適宜時(shí)可形成穩(wěn)定的、均勻的鈍化層。 在連續(xù)進(jìn)行的光敏氧化反應(yīng)中，生成的活性氧原子與活化了的有機(jī)物（即碳?xì)浠衔铮┓?子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成揮發(fā)性氣體（如C02,CO,H20,NO等）逸出物體表面，從而徹底清除粘 附在物體表面上的有機(jī)污染物，達(dá)到清洗的目的。
[0016] 效果：
[0017] 稀濕的HCl溶液清洗可以有效除去GaAS表面本征氧化物，提高表面平整性，HCl溶 液清洗法，聯(lián)合紫外-臭氧方法鈍化處理，可以明顯減少GaAs上的氧化物，改進(jìn)晶圓表面質(zhì) 量和器件電學(xué)性能。
[0018] 實(shí)施例
[0019] 根據(jù)本方法，分別使用HCl去除晶片表面的自體氧化層和紫外-臭氧方法鈍化。
[0020] 表1是本方法處理后晶圓XPS譜綜合數(shù)據(jù)，從中可以看到處理之后表面的化學(xué)劑 量比也接近于本體，即本方法在完成鈍化的同時(shí)，并不會(huì)影響晶圓表面特性。
[0021] 2.將不同鈍化的四片離子注入材料制備了低噪聲器件和功率器件，分別在4GHz 和12GHz下測(cè)量了噪聲和功率性能并進(jìn)行了抗靜電能力的測(cè)試。
[0022] 表2給出了本方法與其他兩種方法相比，功率和抗靜電能力的比較結(jié)果.其中表 2(a)是管芯工作在4GHz條件下測(cè)試的結(jié)果，表2(b)是管芯是工作在12GHz條件下測(cè)試的 結(jié)果。
[0023] 由表中數(shù)據(jù)可以看出，使用紫外-臭氧方法鈍化后，器件的功率特性、增益特性， 特別是抗電壓特性有了明顯的提高。
[0024] 表I.XPS譜綜合數(shù)據(jù)
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種清洗鈍化GaAS晶圓表面的方法，其特征在于：該方法包括以下步驟，首先將 GaAs襯底用有機(jī)溶液處理，除去表面的油污；然后用鹽酸溶液浸泡GaAS晶圓，除去表面的 自體氧化層；接著采用紫外-臭氧方法對(duì)GaAs表面進(jìn)行鈍化；最后將鈍化后的GaAS襯底用 去離子水沖洗表面并用高純氮?dú)獯蹈伞?br> 2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種清洗鈍化GaAS晶圓表面的方法，其特征在于：所述有機(jī) 溶液處理過(guò)程為，用三氯乙烯溶劑超聲清洗10分鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種清洗鈍化GaAS晶圓表面的方法，其特征在于：所述的紫 外-臭氧方法，是紫外-臭氧設(shè)備產(chǎn)生185nm和254nm高強(qiáng)度UV光；185nm波長(zhǎng)紫外光的 光能量能將空氣中的氧氣分解成臭氧，而254nm波長(zhǎng)的紫外光的光能量能將03分解成02和 活性氧；活性氧可將GaAs表面的As的氧化物As203變成As20 5，將Ga的氧化物化物GaO變 成Ga203，當(dāng)Ga203、As20 5和As203達(dá)到適宜時(shí)可形成穩(wěn)定的、均勻的鈍化層；在連續(xù)進(jìn)行的光 敏氧化反應(yīng)中，生成的活性氧原子與活化了的有機(jī)物分子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成揮發(fā)性氣體 逸出物體表面，從而徹底清除粘附在物體表面上的有機(jī)污染物，達(dá)到清洗的目的。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK104392898SQ201410536346
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】王智勇, 張綿, 王青, 堯舜, 高鵬坤, 鄭建華 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)