本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領域，具體地，涉及一種襯底的氮化方法及氮化鎵緩沖層的制備方法。

背景技術(shù)：

藍寶石(A1₂O₃)因其具有制備工藝成熟、耐熱、表面易于處理，且在高溫下具有良好的穩(wěn)定性等優(yōu)點，成為GaN外延技術(shù)常用的襯底材料。但是，由于Al₂O₃與GaN存在較大晶格常數(shù)失配度，導致GaN外延薄膜存在高位錯密度，從而在A1₂O₃襯底上外延生長的GaN薄膜中會存在應力，該應力會引發(fā)更多的位錯與缺陷，嚴重影響GaN薄膜的晶體質(zhì)量。

為此，通常制備GaN薄膜的方法是利用ICP(Inductively Coupled Plasma，感應耦合等離子體)刻蝕技術(shù)刻蝕藍寶石襯底，并在去除掩膜之后，利用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學氣相沉積)設備在藍寶石襯底上外延生長一層氮化鎵緩沖層，以緩解因晶格失配引起的應力。該氮化鎵緩沖層的厚度和質(zhì)量對提高GaN外延層的晶體質(zhì)量起著非常重要的作用。

現(xiàn)有的一種氮化鎵緩沖層的制備方法是使用MOCVD設備進行外延工藝，具體包括以下步驟：

氮化步驟，首先在1100℃條件下向反應腔室內(nèi)通入H₂氣體，以對A1₂O₃襯底進行高溫解吸附處理，然后通入NH₃氣體，對A1₂O₃襯底表面進行吹掃。NH₃與A1₂O₃襯底發(fā)生以下反應：

Al₂O₃+NH₃→AlN+H₂O

由此，在襯底表面覆蓋形成一層多晶AlN層。上述氮化步驟的工藝參數(shù)如下：腔室壓力為400～600mbar；溫度為500～800℃；NH₃氣體的流量為200sccm；工藝時間為3～5min。

外延緩沖層步驟，首先在530℃左右的溫度條件下在襯底上生長厚度約20nm的GaN緩沖層，隨后將溫度提升至1060℃，并恒溫5min進行重結(jié)晶；之后，在1030℃的溫度條件下生長GaN層。

雖然采用上述制備方法可以得到較為平整的GaN緩沖層，但是，由于Al₂O₃襯底具有良好的穩(wěn)定性，在低溫條件下進行氮化，較難打破Al-O鍵，從而導致襯底表面氮化不均勻，增加緩沖層缺陷。而高溫條件下進行氮化會導致后續(xù)緩沖層生長方向不良，無法有效釋放應力和減少缺陷。此外，由于在使用MOCVD設備進行外延工藝的過程中，需要向反應腔室內(nèi)通入大流量的載氣，導致腔室壓力較高，這會增加分子的碰撞次數(shù)，減小分子的自由程，從而造成氮化不均勻，外延層光學、電學性質(zhì)也隨之惡化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種襯底的氮化方法及氮化鎵緩沖層的制備方法，其可以擴大氮化窗口，以在襯底表面形成充分、均勻的氮化層，從而可以減少緩沖層缺陷。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種襯底的氮化方法，用于在外延生長氮化鎵緩沖層之前，對襯底表面進行氮化處理，所述氮化方法在所述襯底完成圖形刻蝕之后，使用感應耦合等離子體加工設備對襯底表面進行氮化處理，包括以下步驟：

向反應腔室內(nèi)通入氮化氣體，并開啟上電極電源和下電極電源，以在所述襯底表面形成氮化層。

優(yōu)選的，所述氮化氣體包括氮氣。

優(yōu)選的，所述氮氣的流量的取值范圍在100～200sccm。

優(yōu)選的，所述氮化方法在可保持所述氮化鎵緩沖層外延生長的晶向選擇不變的預設溫度的條件下進行氮化處理。

優(yōu)選的，所述預設溫度的取值范圍在0～20℃。

優(yōu)選的，所述反應腔室的壓力的取值范圍在3～5mT。

優(yōu)選的，由所述上電極電源輸出的上電極功率的取值范圍在 1000～2500W。

優(yōu)選的，由所述下電極電源輸出的下電極功率的取值范圍在40～80W。

優(yōu)選的，所述氮化方法的工藝時間的取值范圍在2～3min。

優(yōu)選的，采用所述感應耦合等離子體加工設備先后對所述襯底進行圖形刻蝕以及氮化處理。

作為另一個技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種氮化鎵緩沖層的制備方法，包括以下步驟：

氮化步驟，對襯底表面進行氮化處理，以形成氮化層；

外延緩沖層步驟，在經(jīng)過氮化處理的所述襯底表面外延生長氮化鎵層；所述氮化步驟采用了本發(fā)明提供的上述襯底的氮化方法進行氮化處理。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的襯底的氮化方法，其通過在襯底完成圖形刻蝕之后，使用感應耦合等離子體加工設備(即，ICP設備)對襯底表面進行氮化處理，可以增加等離子體對Al₂O₃襯底表面的轟擊，從而可以更有效地打破Al-O鍵，進而可以擴大氮化窗口，以在襯底表面形成充分、均勻的氮化層，從而可以減少緩沖層缺陷。

本發(fā)明提供的氮化鎵緩沖層的制備方法，其通過采用本發(fā)明提供的上述襯底的氮化方法，可以增加等離子體對Al₂O₃襯底表面的轟擊，從而可以更有效地打破Al-O鍵，進而可以擴大氮化窗口，以在襯底表面形成充分、均勻的氮化層，從而可以減少緩沖層缺陷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的襯底的氮化方法的流程框圖；

圖2為本發(fā)明提供的氮化鎵緩沖層的制備方法的流程框圖。

具體實施方式

為使本領域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明提供的襯底的氮化方法及氮化鎵緩沖層的制備方 法進行詳細描述。

圖1為本發(fā)明提供的襯底的氮化方法的流程框圖。請參閱圖1，本發(fā)明提供的襯底的氮化方法，用于在外延生長氮化鎵緩沖層之前，且在襯底完成圖形刻蝕之后，使用感應耦合等離子體加工設備(Inductively Coupled Plasma，以下簡稱ICP設備)對襯底表面進行氮化處理，包括以下步驟：

S1，向反應腔室內(nèi)通入氮化氣體，并開啟上電極電源和下電極電源，以襯底表面形成氮化層。

其中，上電極電源用于向反應腔室施加上電極功率，以使反應腔室內(nèi)的氮化氣體激發(fā)形成等離子體。下電極電源用于向襯底施加下電極功率，以吸引等離子體朝向襯底表面運動。

與現(xiàn)有技術(shù)中使用MOCVD設備對襯底表面進行氮化處理相比，使用ICP設備可以增加等離子體對Al₂O₃襯底表面的轟擊，從而可以更有效地打破Al-O鍵，進而可以擴大氮化窗口，以在襯底表面形成充分、均勻的氮化層，從而可以減少緩沖層缺陷。

優(yōu)選的，該氮化方法所采用的氮化氣體包括氮氣，其不會對腔室環(huán)境產(chǎn)生影響，同時還可以起到清除刻蝕后殘留在反應腔室內(nèi)的氣體的作用，這與使用MOCVD設備相比，無需再另外向反應腔室內(nèi)通入大流量的載氣，從而可以避免因腔室壓力較高造成的氮化不均勻的情況，進而可以提高后續(xù)制備的氮化鎵外延層的光學、電學性質(zhì)。優(yōu)選的，氮氣的流量的取值范圍在100～200sccm，以在保證獲得充分、均勻的氮化層的前提下，有效清除刻蝕后殘留在反應腔室內(nèi)的氣體。

另外，由于ICP設備可以在保持氮化鎵緩沖層外延生長的晶向選擇不變的預設溫度的條件下進行氮化處理，而無需采用較高的溫度就可以打破Al-O鍵，從而可以避免因溫度過高造成的氮化鎵緩沖層不能釋放應力和減少缺陷，進而可以保證器件的電學性質(zhì)。該預設溫度的取值范圍在0～20℃。

優(yōu)選的，采用ICP設備先后對襯底進行圖形刻蝕以及氮化處理。也就是說，圖形刻蝕和氮化處理在同一ICP設備中先后進行。具體過程為：

首先，在襯底表面進行圖形刻蝕。具體地，向反應腔室通入刻蝕氣體，并開啟上電極電源和下電極電源。上電極電源向反應腔室施加激勵功率，以使反應腔室內(nèi)的刻蝕氣體激發(fā)形成等離子體，同時下電極電源向襯底施加偏壓功率，以使等離子體刻蝕襯底。在襯底表面形成所需的圖形之后，關閉上電極電源和下電極電源，并停止通入刻蝕氣體。

然后，對襯底表面進行氮化處理。具體地，向反應腔室通入氮化氣體，并開啟上電極電源和下電極電源。上電極電源向反應腔室施加激勵功率，以使反應腔室內(nèi)的氮化氣體激發(fā)形成等離子體，同時下電極電源向襯底施加偏壓功率，以在襯底表面形成氮化層。

由上可知，在完成襯底的圖形刻蝕之后，僅需將刻蝕氣體切換成氮化氣體即可對襯底表面進行氮化處理，從而可以簡化工藝流程，提高工藝效率。

另外，優(yōu)選的，使用ICP設備進行氮化處理的工藝參數(shù)如下：反應腔室的壓力的取值范圍在3～5mT。由上電極電源輸出的上電極功率的取值范圍在1000～2500W。由下電極電源輸出的下電極功率的取值范圍在40～80W。工藝時間的取值范圍在2～3min。

使用ICP設備進行氮化處理的具體實施方式如下：

向反應腔室內(nèi)通入氮氣，并開啟上電極電源和下電極電源。在上電極電源和下電極電源的作用下，反應腔室中的氮氣被離化生成N離子和N原子，被加速，且具有高能的N離子對Al₂O₃襯底表面進行轟擊，有效地打開Al-O鍵。同時，部分N原子與Al₂O₃襯底主要發(fā)生如下反應，即：

Al₂O₃+N₂→AlN+O

N原子與Al₂O₃反應置換出Al₂O₃中的O原子，并在Al₂O₃襯底表面形成穩(wěn)定的AlN層。

作為另一個技術(shù)方案，圖2為本發(fā)明提供的氮化鎵緩沖層的制備方法的流程框圖。請參閱圖2，氮化鎵緩沖層的制備方法包括以下步驟：

S100，氮化步驟，對襯底表面進行氮化處理，以形成氮化層。

S200，外延緩沖層步驟，在經(jīng)過氮化處理的襯底表面外延生長氮化鎵層。

其中，上述氮化步驟采用了本發(fā)明提供的上述襯底的氮化方法進行氮化處理。

本發(fā)明提供的氮化鎵緩沖層的制備方法，其通過采用本發(fā)明提供的上述襯底的氮化方法，可以增加等離子體對Al₂O₃襯底表面的轟擊，從而可以更有效地打破Al-O鍵，進而可以擴大氮化窗口，以在襯底表面形成充分、均勻的氮化層，從而可以減少緩沖層缺陷。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。