[發明專利]一種利用原位腐蝕技術提高材料晶體質量的方法

無效

• 申請號: 201310250676.1
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103343386A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 李淼
• 申請（專利權）人: 西安神光皓瑞光電科技有限公司;西安神光安瑞光電科技有限公司
• 主分類號: C30B25/02
• 分類號: C30B25/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

技術領域

本發明涉及一種提高材料生長晶體質量的方法，屬于半導體晶體材料制備領域，具體涉及一種同質或者異質氣相外延材料制備領域。

背景技術

在當前的半導體晶體材料氣相外延制備領域，一般采用同質或者異質外延技術。在材料制備過程中，由于襯底材料本身存在缺陷或者是在生長過程中引入的雜質或者是由于異質襯底導致的晶格缺陷等均會降低材料的晶體質量，進而降低了材料的物理化學性能，在制備成為器件之后器件的品質也會受到較大的影響。

為了提高材料的晶體質量，降低材料的生長缺陷，目前普遍采用的技術為：提高設備的真空度減少外在污染，控制材料生長的環境氣氛條件來得到高品質的晶體，采用緩沖層技術、側向外延技術、同質外延等。

但是，無論采用上述何種技術均仍會在材料制備過程中引入雜質缺陷(原材料/設備均非完全理想狀態)或者人為摻雜引入缺陷(如為了形成n或者p型摻雜)，對于材料生長過程產生的各種缺陷傳統上均使用化學腐蝕的方法進行處理。

隨著技術的進步，技術人員提出了使用原位的化學氣相處理方法來進行半導體晶體材料氣相外延制備，專利101295637“變容二極管用硅外延材料制備方法”中提出了通過采用三次HCl原位腐蝕工藝，并控制HCl與H₂的比例，將晶片制作過程中的雜質通過腐蝕被H₂帶走，減輕了自摻雜，使外延材料的品質得到大幅度的提升。

專利101240451“原位腐蝕降低HVPE?GaN薄膜位錯密度的方法”中發明人提出了使用在氫化物氣相外延生長系統中，先在襯底上生長GaN薄膜，再采用HCl腐蝕的方法將GaN厚膜中薄膜表面進行腐蝕，之后再繼續進行GaN的HVPE生長;重復上述腐蝕和繼續生長過程，直至生長到合適厚度的GaN薄膜。

明顯的，化學處理位錯的方法很有效，但是需要增加繁復的工藝流程，重復的“腐蝕-清洗-沉積”勢必引入新的工藝問題；同時，新引入的腐蝕劑也會對原有材料進行腐蝕，過程不容易控制。而采用化學氣相腐蝕的技術由于引入HCl，對于設備設計提出了更高的要求并且HCl也可能滯留形成摻雜進而改變材料特性。

發明內容

本發明提供一種利用原位腐蝕技術提高材料晶體質量的方法，解決了現有技術較難控制，易導致材料特性改變的問題。

本發明的具體技術解決方案如下：

該利用原位腐蝕技術提高材料晶體質量的方法，包括以下步驟：

1]在常規條件下進行化學氣相沉積，使襯底材料上外延生長0.1-500um厚度的外延層；

2]切換外延生長條件至分解條件，在分解條件下步驟1生成的外延層的表面不斷分解，維持1s-5000s后，進入步驟3進行處理；

3]切換分解條件至常規外延條件，在常規條件下對經步驟2處理的外延層繼續外延生長0.01-500um厚的外延層；

4]循環步驟2、3直到得到高品質的晶體材料。

上述步驟1、3中所述的外延層是復合的材料層或多層材料復合后的結構。

對經步驟2中分解處理過的外延層采用相對該外延層而言具有較小原子半徑的同類材料對缺陷位置進行填充，其具體是指比原來基礎材料的原子小，覆蓋缺陷位置進而達到降低位錯密度的目的；或對經步驟2中分解處理過的外延層采用側向外延進行快速生長，使原有的缺陷位置形成孔洞而缺陷無法延伸到上層；以上小原子填充技術和側向外延兩項技術可以同時采用也可以交叉采用以達到降低位錯密度提高材料晶體質量的目的。

本發明的優點在于：

本發明在現有的化學氣相沉積設備上進行常規的化學氣相沉積，沉積基礎材料到一定的厚度之后，切換設備氣氛條件到有利于材料分解的條件，經過一段時間之后把氣氛切換到材料的常規沉積狀態，如此反復后即可得到符合要求的高品質晶體材料。

本發明基于現有的設備特點，利用材料自身特性，采用原位腐蝕技術有效地提高了材料晶體的質量；該方法并未改變原來的設備結構，其在不增加額外流程的基礎上進行氣相的化學處理，達到改善材料質量，提高器件性能的目的。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明一種外延層內部結構示意圖；

圖3為本發明使用較小原子對缺陷位置進行填充的原理示意圖；

圖4為本發明使用側向外延技術覆蓋缺陷位置的原理示意圖。

具體實施方式