[發明專利]一種去除銻化鎵單晶片殘余應力的退火方法

在審

• 申請號: 202110059233.9
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112899790A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 周媛;趙有文;謝輝;楊俊;沈桂英;劉京明
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/40
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王文思

本發明提供一種去除銻化鎵單晶片殘余應力的退火方法，包括：S1，選用液封直拉法生長的銻化鎵單晶片；S2，將銻化鎵單晶片有序、間隔地豎直放置在石英樣品架上，將石英樣品架水平放置在石英管底部；S3，將石英管抽真空，用氫氧焰燒結封口；S4，將封口的石英管放入水平退火爐中退火，退火的升溫過程至少包括兩段不同的升溫速率，退火的降溫過程至少包括兩段不同的降溫速率，升溫過程和降溫過程之間還包括恒溫階段。本發明通過對液封直拉法生長的銻化鎵單晶片進行退火處理，能夠有效消除銻化鎵單晶片內存在的一部分殘余應力，提高殘余應力沿單晶片分布的均勻性，有效改善銻化鎵單晶片的翹曲、裂紋等問題，從而提高單晶片的質量。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種去除銻化鎵單晶片殘余應力的退火方法。

背景技術

作為一種新型襯底材料，銻化鎵(GaSb)的晶格常數為可以與多種III-V族三元及四元化合物半導體材料的晶格相匹配，而且得益于MBE或MOCVD外延技術的發展，可以實現對材料生長原子級別的精確控制，因此基于GaSb基系的III-V族超晶格材料成為研究熱點，如InAs/GaSb，InAs/InAsSb，InGaAsSb/A1GaAsSb等，特別地，利用MBE法在GaSb單晶襯底上外延生長的II類Ga(In)Sb/InAs基的SLS(應變層超晶格)紅外探測器已經受到極大地關注。GaSb基紅外探測器在軍用和民用領域具有廣闊的市場，可以應用于夜視儀、導彈尾焰識別、火災檢測系統、氣體檢測系統等。

銻化鎵體單晶最常用的生長方法是液封直拉法(Liquid EncapsulationCzochralski method，LEC)，利用該方法目前已經能夠獲得低位錯密度甚至零位錯的銻化鎵單晶片，但是由于在單晶生長過程中存在很高的軸向和徑向溫度梯度，銻化鎵單晶承受著很高的熱應力，除此之外，在晶片的加工過程中，如切割，研磨等，單晶內部引入一定的機械應力。在單晶生長過程中，超過銻化鎵單晶臨界剪切應力的部分熱應力會通過形成位錯的形式釋放，殘余熱應力則凍結在晶體中。晶片中存在的殘余應力不僅會導致晶片產生翹曲，裂紋，而且會對后續的外延器件結構加工造成隱患。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述問題，本發明提供了一種去除銻化鎵單晶片殘余應力的退火方法，用于至少部分減少或消除晶體內的殘余應力等技術問題。

(二)技術方案

本發明提供了一種去除銻化鎵單晶片殘余應力的退火方法，包括：S1，選用液封直拉法生長的銻化鎵單晶片；S2，將銻化鎵單晶片有序、間隔地豎直放置在石英樣品架上，將石英樣品架水平放置在石英管底部；S3，將石英管抽真空，用氫氧焰燒結封口；S4，將封口的石英管放入水平退火爐中退火，退火的升溫過程至少包括兩段不同的升溫速率，退火的降溫過程至少包括兩段不同的降溫速率，升溫過程和降溫過程之間還包括恒溫階段。

進一步地，S1還包括：將液封直拉法生長的銻化鎵單晶片進行切割，經過機械化學拋光工藝得到光亮平整表面，再經腐蝕液清洗后，用氮氣吹干封裝。

進一步地，S1中銻化鎵單晶片為(100)晶向，包括非摻p型，低摻碲n型和高摻碲n型。

進一步地，非摻p型銻化鎵單晶片的載流子濃度為1×10¹⁷～3×10¹⁷cm^-3，低摻碲n型銻化鎵單晶片的載流子濃度小于等于2×10¹⁷cm^-3，高摻碲n型銻化鎵單晶片的載流子濃度大于等于5×10¹⁷cm^-3。

進一步地，S2中石英管為一端平面封口的圓形石英管。

進一步地，S2之前還包括：將石英管、石英樣品架，用王水浸泡后用去離子水沖洗干凈，并放入烘干箱內烘干。

進一步地，S3中抽真空的真空度小于或等于10^-1帕。