CN112233970A - 砷化镓基半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种砷化镓基半导体器件的制造方法，涉及半导体器件制备技术领域。本发明提供的砷化镓基半导体器件的制造方法包括：将砷化镓基底放入酸溶液中进行清洗；向经过清洗的砷化镓基底表面通入流动的氨气，并使氨气进行等离子反应，以去除砷化镓基底表面的氧化物；在砷化镓基底上制备氮化硅保护膜。本发明提供的砷化镓基半导体器件的制造方法，在砷化镓基底上制备氮化硅保护膜之前，利用氨气的等离子反应去除砷化镓基底表面的氧化物，并在砷化镓基底上形成完整的氮氢化学键，从而可以得到表面粗糙的稳态砷化镓基底，使得制备在砷化镓基底上的氮化硅保护膜不易于脱落，提高了产品良率。

Description

砷化镓基半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制备技术领域，尤其是涉及一种砷化镓基半导体器件的制造方法。
背景技术
在制造砷化镓基半导体器件过程中，需要先将砷化镓基底放入盐酸溶液中进行清洗，继而烘干砷化镓基底，再利用PECVD（等离子体增强化学气相沉积，Plasma EnhancedChemical Vaper Deposition，简写为PECVD）设备在烘干的砷化镓基底上制备氮化硅保护膜。
然而由于砷和镓在自然状态下极易快速氧化，并且在经过盐酸处理后，从烘干到生长氮化硅保护膜的过程之间，砷化镓基底有5-10分钟暴露在空气，因而在砷化镓基底上制备氮化硅保护膜之前，砷化镓基底上极易形成氧化物，且在此过程中，砷化镓基底非常不稳定，容易产生裂纹缺陷，形成悬挂键，进而导致后续制备在砷化镓基底上的氮化硅保护膜易脱落，降低产品良率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砷化镓基半导体器件的制造方法，以缓解现有技术中存在的在砷化镓基底上制备氮化硅保护膜之前，砷化镓基底上极易形成氧化物，且在此过程中，砷化镓基底非常不稳定，容易产生裂纹缺陷，形成悬挂键，进而导致后续制备在砷化镓基底上的氮化硅保护膜易脱落，降低产品良率的技术问题。
本发明提供的砷化镓基半导体器件的制造方法，包括：
S1：将砷化镓基底放入酸溶液中进行清洗；
S2：向经过清洗的砷化镓基底表面通入流动的氨气，并使氨气进行等离子反应，以去除砷化镓基底表面的氧化物；
S3：在砷化镓基底上制备氮化硅保护膜。
进一步的，步骤S2包括，向经过清洗的砷化镓基底表面通入流动的包括氨气和其他不含氧气体的混合气，并使混合气进行等离子反应，以去除砷化镓基底表面的氧化物。
进一步的，步骤S2中的混合气包括氨气和氮气。
进一步的，所述混合气中氨气的流量为30-60SCCM，氮气的流量为50-100 SCCM。
进一步的，所述混合气进行等离子反应时的环境温度为250-320℃，压力为900-1500mTorr。
进一步的，所述混合气进行等离子反应的时间为2-5min。
进一步的，步骤S2中的混合气包括氨气和惰性气体。
进一步的，所述惰性气体为氦气。
进一步的，步骤S2中的混合气包括氨气、氮气和氦气。
进一步的，步骤S2和步骤S3均在PECVD设备中进行。
本发明提供的砷化镓基半导体器件的制造方法能产生如下有益效果：
本发明提供的砷化镓基半导体器件的制造方法包括如下步骤，S1：将砷化镓基底放入酸溶液中进行清洗；S2：向经过清洗的砷化镓基底表面通入流动的氨气，并使氨气进行等离子反应，以去除砷化镓基底表面的氧化物；S3：在砷化镓基底上制备氮化硅保护膜。本发明提供的砷化镓基半导体器件的制造方法，在经过酸溶液清洗的砷化镓基底上制备氮化硅保护膜之前，向砷化镓基底表面通入流动的氨气并使得氨气进行等离子反应，继而可以利用氨气的等离子反应去除砷化镓基底表面的氧化物，并在砷化镓基底上形成完整的氮氢化学键，从而可以得到表面粗糙的稳态砷化镓基底，提高了砷化镓基底的粘附性和稳定性，使得制备在砷化镓基底上的氮化硅保护膜不易于脱落，提高了产品良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法的流程图；
图2为经过步骤S2处理后砷化镓基底表面的示意图；
图3为将步骤S2中的氨气替换为氩气时，经过步骤S2处理后砷化镓基底表面的示意图；
图4为将步骤S2中的氨气替换为氧气时，经过步骤S2处理后砷化镓基底表面的示意图；
图5为将步骤S2中的氨气替换为氮气时，经过步骤S2处理后砷化镓基底表面的示意图；
图6为未经步骤S2处理后砷化镓基底上制成的氮化硅保护膜的局部示意图；
图7为经步骤S2处理后砷化镓基底上制成的氮化硅保护膜的局部示意图；
图8为本发明实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法的另一流程图；
图9为本发明实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法的又一流程图。
图标：1-砷化镓基底。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法，包括：
步骤S1：将砷化镓基底1放入酸溶液中进行清洗；
步骤S2：向经过清洗的砷化镓基底1表面通入流动的氨气，并使氨气进行等离子反应，以去除砷化镓基底1表面的氧化物；
步骤S3：在砷化镓基底1上制备氮化硅保护膜。
本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法，在经过酸溶液清洗的砷化镓基底1上制备氮化硅保护膜之前，向砷化镓基底1表面通入流动的氨气并使得氨气进行等离子反应，继而可以利用氨气的等离子反应去除砷化镓基底1表面的氧化物，并在砷化镓基底1上形成完整的氮氢化学键，从而可以得到表面粗糙的稳态砷化镓基底1，提高了砷化镓基底1的粘附性和稳定性，使得制备在砷化镓基底1上的氮化硅保护膜不易于脱落，提高了产品良率。
即使在砷化镓基底1上制备氮化硅保护膜之前，砷化镓基底1表面因暴露在空气中已形成有氧化物并产生裂纹缺陷，本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法也可以通过利用氨气的等离子反应将砷化镓基底1上形成的氧化物去除，并在砷化镓基底1上形成完整的氮氢化学键。并且，由于向砷化镓基底1表面通入的氨气是流动的，因而将氧化物去除后，流动的气体还可以将去除下来的氧分子带走，从而使得氧化物可以从砷化镓基底1上彻底脱离。
因此，本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法缓解了现有技术中存在的在砷化镓基底上制备氮化硅保护膜之前，砷化镓基底上极易形成氧化物，且在此过程中，砷化镓基底非常不稳定，容易产生裂纹缺陷，形成悬挂键，进而导致后续制备在砷化镓基底上的氮化硅保护膜易脱落，降低产品良率的技术问题。
本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法所实现的技术效果还可以通过图2-图7得到明显的体现。图2为经过步骤S2处理后砷化镓基底1表面的示意图，图3为将步骤S2中的氨气替换为氩气时，经过步骤S2处理后砷化镓基底1表面的示意图，图4为将步骤S2中的氨气替换为氧气时，经过步骤S2处理后砷化镓基底1表面的示意图，图5为将步骤S2中的氨气替换为氮气时，经过步骤S2处理后砷化镓基底1表面的示意图，通过将图3、图4和图5分别与图2进行对比可以看出，在步骤S2中，相较于采用氩气、氧气或氮气对砷化镓基底1表面进行处理，采用氨气对砷化镓基底1表面进行处理，砷化镓基底1表面更加凹凸不平，粗糙度更大，粘附性更好，因此本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法，在步骤S2中采用氨气去除砷化镓基底表面的氧化物。
其中，图6为未经步骤S2处理后砷化镓基底1上制成的氮化硅保护膜的局部示意图，通过图6可以看出，图6中的砷化镓基底1上的氮化硅保护膜的表面分布有大量的白色斑点，该白色斑点所在位置为氮化硅保护膜呈点状脱落处的位置，由此可以得知，采用现有的砷化镓基半导体器件的制造方法在砷化镓基底1的表面制备氮化硅保护膜，氮化硅保护膜易于呈点状脱落，且脱落面积较大。图7为经步骤S2处理后砷化镓基底1上制备的氮化硅保护膜的局部示意图，通过对比图6和图7可以看出，经过步骤S2后，制备在砷化镓基底1上的氮化硅保护膜较为连贯完整，基本没有呈点状脱落，因此采用本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法在砷化镓基底1上制备的氮化硅保护膜不易于脱落，可以起到良好的保护作用。
通过上述附图之间的对照可以得知，利用本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法制造出的砷化镓基半导体器件，其中的氮化硅保护膜不易于从砷化镓基底1上脱落，产品良率能够得到极大的提升。
如图8所示，步骤S2包括：向经过清洗的砷化镓基底1表面通入流动的包括氨气和其他不含氧气体的混合气，并使混合气进行等离子反应，以去除砷化镓基底1表面的氧化物。
向经过清洗的砷化镓基底1表面通入流动的氨气的过程，需要在一个密闭的空间中进行。为实现氨气的流动过程，该密闭空间可以包括进气口和出气口，进气口和出气口同时开启，此时进入到该密闭空间中的氨气能够在砷化镓基底1表面保持流动。其中，其他不含氧气体为非氨气的不含氧气体，其用于扩大混合气的体积，使得进入到上述密闭空间中的气体能够迅速填充满上述密闭空间，进而使得氨气能够快速进行等离子反应以及快速发挥去除氧化物的作用，提升工作效率。
需要说明的是，用于去除砷化镓基底1表面氧化物的氨气的需求量并不大，即使利用含有氨气的混合气也可以达到去除氧化物的作用。在本实施例中，氨气在混合气中的占比可不到混合气总量的一半。
进一步的，步骤S2中的混合气包括氨气和氮气。
混合气中的氮气不仅有助于快速填充满上述密封空间，且可以与氨气同时进行等离子反应，有助于快速在砷化镓基底1表面形成氮氢化学键，进一步的提升工作效率。
本实施例优选混合气中氨气的流量为30-60SCCM，氮气的流量为50-100SCCM。
氨气的流量为30-60SCCM，氮气的流量为50-100 SCCM，可以在保证能够充分去除砷化镓基底1表面氧化物的同时，最大限度的提升砷化镓基底1表面粘附性的工作效率。
其中，氨气的流量可以为40SCCM，氮气的流量可以为60 SCCM。
进一步的，混合气进行等离子反应时的环境温度为250-320℃，压力为900-1500mTorr（毫托）。
混合气进行等离子反应时的环境温度为250-320℃，压力为900-1500mTorr，可以满足混合气进行等离子反应的环境要求，使得上述等离子反应顺利进行。
本实施例优选混合气进行等离子反应时的环境温度为290-310℃，压力为1400mTorr。
其中，混合气进行等离子反应的时间为2-5min。
混合气进行等离子反应的时间为2-5min，即可使得砷化镓基底1表面氧化物被大量去除，有效提升砷化镓基底1表面的粘附性。
进一步的，本实施例优选混合气进行等离子反应的时间为3min。
在本实施例中，步骤S2中的混合气可以包括氨气和惰性气体。
混合气包括氨气和惰性气体时，其他不含氧气体即为惰性气体，其中，惰性气体不会与砷化镓基底1产生反应，且不会影响氨气去除氧化物和形成氮氢化学键的过程。
进一步的，惰性气体可以为氦气。
需要说明的是，由于氩气使用效果不佳，惰性气体不采用氩气。
在实际应用中，步骤S2中的混合气可以包括两种以上的气体，如混合气包括氨气、氮气和氦气。
本实施例优选步骤S2和步骤S3均在PECVD设备中进行。
其中，PECVD设备为一种现有的用于在基底上制备保护膜的设备，步骤S3通常在PECVD设备中进行。
而在本实施例中，步骤S2与步骤S3均在PECVD设备中进行，可以使得步骤S2和步骤S3在同一设备内先后进行，从而提升该砷化镓基半导体器件的制造方法的工艺流畅性，防止砷化镓基底1在步骤S2和步骤S3之间再次暴露在空气中，同时，还可以提升制造砷化镓基半导体器件的工作效率。
如图9所示，在步骤S3中，利用硅烷、氮气和氨气的混合气在砷化镓基底1上制备氮化硅保护膜。
用于在砷化镓基底1上制备氮化硅保护膜的气体有多种选择，本实施例优选该气体为包括硅烷、氮气和氨气的混合气。
如图9所示，本实施例提供的砷化镓基半导体器件的制造方法还包括在步骤S1和步骤S2之间的步骤S10：烘干砷化镓基底1。
经过步骤S1后，砷化镓基底1上还附着有液态的酸溶液，为防止上述酸溶液污染PECVD设备，本实施例优选在对砷化镓基底1进行清洗后，烘干砷化镓基底1。
其中，用于清洗砷化镓基底1的酸溶液有多种选择，本实施例优选步骤S1中的酸溶液为盐酸。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种砷化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
S1：将砷化镓基底（1）放入酸溶液中进行清洗；
S2：向经过清洗的砷化镓基底（1）表面通入流动的包括氨气和氮气的混合气，并使混合气进行等离子反应，以去除砷化镓基底（1）表面的氧化物；
S3：在砷化镓基底（1）上制备氮化硅保护膜。
2.根据权利要求1所述的砷化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于，所述混合气中氨气的流量为30-60SCCM，氮气的流量为50-100SCCM。
3.根据权利要求2所述的砷化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于，所述混合气进行等离子反应时的环境温度为250-320℃，压力为900-1500mTorr。
4.根据权利要求3所述的砷化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于，所述混合气进行等离子反应的时间为2-5min。
5.根据权利要求1所述的砷化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于，步骤S2中的混合气包括氨气和惰性气体。
6.根据权利要求5所述的砷化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于，所述惰性气体为氦气。
7.根据权利要求1-6任一项所述的砷化镓基半导体器件的制造方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3均在PECVD设备中进行。
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