一种用于芯片主原料氮化镓生产新工艺的制作方法

1.本发明涉及半导体生产技术领域，具体为一种用于芯片主原料氮化镓生产新工艺。


背景技术：

2.一般来说，氮化镓是一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。目前第三代半导体材料主要有三族化合物半导体材料、碳化硅和氧化物半导体材料，其中三族化合物半导体常见的有氮化镓和氮化铝；氧化物半导体材料主要有氧化锌、氧化镓和钙钛矿等。第三代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优点，因此适合制作耐高压、高频、高电流的器件，也可以降低器件的功耗。
3.在现有的氮化镓生产技术中，由于gan材料与衬底存在温度配合不当，且在变温过程中，衬底因为清洗方式的问题，会造成外部出现黑白点、色差等影响产品质量的问题，不仅影响美观，还有可能使产品发生形变，而且会使这些缺陷扩大并穿透整个外延层，从而影响器件性能的问题。因此，本领域技术人员提供了一种用于氮化镓生长的工艺方法，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于芯片主原料氮化镓生产新工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于芯片主原料氮化镓生产新工艺，包括以下步骤：
6.s1：设置反应腔室，第一反应腔的为常压为低温区，第二反应腔室为高压高温区。
7.s2：制备氯化镓气体，往第一反应腔中通入氯化氢气体，一段时间后放置金属镓，反应后生成氯化镓气体；
8.s3：制备介质层，采用有机试剂对衬底表面进行擦拭清理；
9.s4：取出衬底，并将衬底放入酸性溶液皿中浸泡，浸泡时长在8-10分钟，浸泡结束后使用捞出，并用氮气对衬底进行吹干；
10.s5：退火，将吹干的衬底放入第二反应腔中，并且配合风机在第二反应腔室中注入氢气，从而对衬底进行退火；
11.s6：制备氮化镓，收集s2中第一反应腔制备的气体，将其通入第二反应腔，同时不断通入纯净氮气，分两次进行退火，提炼后在衬底上得到大面积的氮化镓薄膜；
12.s7：对氮化镓薄膜进行冷却处理，用生成的氮化镓薄膜制作半导体器件；
13.优选的，所述s1中的第一反应腔温度为850
±
30℃，所述第二反应腔温度在1200-1800℃。
14.优选的，所述s1中第一反应腔室与第二反应腔室的材料为石英材质。
15.优选的，所述s3中的衬底采用宝石蓝材质的构件，其厚度为700μm。
16.优选的，所述s3中的有机试剂为乙二醇单丁醚，其浓度为80％。
17.优选的，所述s3中腐蚀液采用hcl和h3po4混合而成，两者之间的比例为5：1。
18.优选的，所述s3中，经重度酸碱浸泡后，需要利用去离子水对衬底进行冲淋，冲淋后再配合氮气进行吹干。
19.优选的，所述s6中第二反应腔室的外部设有真空泵，所述第二反应腔室的真空度为3-9pa，反应温度在1000℃-1250℃，氮化时间控制在20-40分钟。
20.优选的，所述s6中退火温度控制在1050
±
10度，时间持续6分钟。
21.优选的，所述s6中初次制得的氮化镓薄膜的厚度为15-25nm，所述s6中第二次制得的氮化镓薄膜的厚度为25-40nm。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对现有氮化镓生产工艺中出现的问题进行优化，针对制备过程中gan材料与衬底存在温度配合不当以及衬底因为清洗方式进行改善，从而有效避免了产品成型后出现黑白点、色差等影响产品质量的问题，避免产品发生形变，该工艺操作简单，十分实用。
具体实施方式
23.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
24.本发明提供一种技术方案：一种用于芯片主原料氮化镓生产新工艺，包括以下步骤：
25.s1：设置反应腔室，用于制备氮化镓，第一反应腔的为常压为低温区，用于初步反应，第二反应腔室为高压高温区，用于深入反应。
26.s2：制备氯化镓气体，往第一反应腔中通入氯化氢气体，排出内部残余的杂质，清洁反应腔，一段时间后放置金属镓，反应后生成氯化镓气体；
27.s3：制备介质层，采用有机试剂对衬底表面进行擦拭清理，消除衬底表面的杂质，使得反应得到的物质更加纯粹；
28.s4：取出衬底，并将衬底放入酸性溶液皿中浸泡，浸泡时长在8-10分钟，充分反应，浸泡结束后使用捞出，并用氮气对衬底进行吹干；
29.s5：退火，将吹干的衬底放入第二反应腔中，并且配合风机在第二反应腔室中注入氢气，从而对衬底进行退火；
30.s6：制备氮化镓，收集s2中第一反应腔制备的气体，将其通入第二反应腔，同时不断通入纯净氮气，分两次进行退火，提炼后在衬底上得到大面积的氮化镓薄膜，用于制备半导体器件；
31.s7：对氮化镓薄膜进行冷却处理，用生成的氮化镓薄膜制作半导体器件；
32.具体的，所述s1中的第一反应腔温度为850
±
30℃，所述第二反应腔温度在1200-1800℃。
33.具体的，所述s1中第一反应腔室与第二反应腔室的材料为石英材质，耐高温，可以充分承载高温反应。
34.具体的，所述s3中的衬底采用宝石蓝材质的构件，高温下有良好的稳定性，易于加工，取材广泛，其厚度为700μm。
35.具体的，所述s3中的有机试剂为乙二醇单丁醚，其浓度为80％，清洗衬底表面杂质的同时，不会影响反应。
36.具体的，所述s3中腐蚀液采用hcl和h3po4混合而成，两者之间的比例为5：1。
37.具体的，所述s3中，经重度酸碱浸泡后，需要利用去离子水对衬底进行冲淋，有效的优化了衬底表面颗粒及洁净度，冲淋后再配合氮气进行吹干，使得衬底片表面洁净度达到无黑白点、无色差，增加了成品的质量，改善了温度配合不当造成的美观和形变问题，提高了合格率，降低了成本浪费。
38.具体的，所述s6中第二反应腔室的外部设有真空泵，用于抽杆反应腔内部的多余空气，所述第二反应腔室的真空度为3-9pa，反应温度在1000℃
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1250℃，氮化时间控制在20-40分钟。
39.具体的，所述s6中退火温度控制在1050
±
10度，时间持续6分钟。
40.具体的，所述s6中初次制得的氮化镓薄膜的厚度为15-25nm，所述s6中第二次制得的氮化镓薄膜的厚度为25-40nm。
41.具体的，使用本发明时，首先需要设置反应腔室，第一反应腔的为常压为低温区，第二反应腔室为高压高温区，然后，往第一反应腔中通入氯化氢气体，一段时间后放置金属镓，反应后生成氯化镓气体，再然后，采用有机试剂对衬底表面进行擦拭清理，取出衬底，并将衬底放入酸性溶液皿中浸泡，浸泡时长在8-10分钟，浸泡结束后使用捞出，并用氮气对衬底进行吹干，随后，将吹干的衬底放入第二反应腔中，并且配合风机在第二反应腔室中注入氢气，从而对衬底进行退火，当上述步骤完成后，则可以制备氮化镓，收集第一反应腔制备的气体，将其通入第二反应腔，同时不断通入纯净氮气，分两次进行退火，提炼后在衬底上得到大面积的氮化镓薄膜，最后，对氮化镓薄膜进行冷却处理，用生成的氮化镓薄膜制作半导体器件即可，该工艺操作简单，方便实用。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
43.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。