[发明专利]一种氮化镓表面的硫醇处理方法

说明书

本发明属于半导体制造领域,本发明公开了一种氮化镓表面的硫醇处理方法。该方法包括：将清洗干净的氮化镓样品浸入盐酸溶液中。然后浸入含有硫醇的乙醇溶液中；浸泡完成后，将样品在原子层沉积设备进行高温水蒸气处理。本发明可以去除氮化镓表面的天然氧化层。同时，硫醇的处理可以在氮化镓表面形成保护膜，防止处理过后发生再氧化。另外，在原子层沉积设备反应室内使用高温水蒸气可以去氮化镓表面附着的硫醇的长碳链，避免处理后在界面引入碳杂质。在对氮化镓的表面处理过后，样片能够进行原位介质层生长。本发明可以降低氮化镓与栅介质层、阻挡层之间的界面缺陷，提升氮化镓器件的可靠性。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，特别涉及一种氮化镓表面的处理方法，具体涉及一种氮化镓表面的硫醇处理方法。

背景技术

经过几十年的发展，基于硅材料的电力电子技术已接近材料的理论极限，为了进一步提高性能，必须采用比硅更为先进的材料体系。具有高载流子迁移率、优良的热电传导性与宽带隙等特点的第三代半导体，氮化镓基材料为此带来了契机。然而，氮化镓基材料制作场效应晶体管的发展也面临着一些困难，其中之一就是氮化镓与栅介质层、阻挡层界面态差的问题。原子层沉积技术可以作为一种生长高质量，低界面态介质的方法。但氮化镓材料暴露在空气中，表面极易形成不稳定的天然氧化层。在含有天然氧化层的氮化镓表面淀积栅介质层、阻挡层会造成栅漏电流大、迟豫明显、电流崩塌等问题，这严重影响了氮化镓电力电子器件的输出性能及可靠性。减少表面天然氧化层方法目前已经取得了一些突破，比如采用腐蚀性酸碱(盐酸，氢氟酸，氨水)和硫化物(硫化铵)的溶液浸泡。但由于实际氮化镓场效应晶体管制作工艺的需求，在放入原子层沉积设备生长栅介质层、阻挡层之前，氮化镓表面依然会暴露在空气中。经过处理的氮化镓表面依然会与空气中的氧气反应，再氧化形成氧化层。另外，硫化铵溶液处理过的氮化镓表面的保护层存在稳定性低以及容易引入金属污染等问题。这些方法在实际氮化镓场效应晶体管CMOS兼容工艺生产应用中会有很大的局限性。

发明内容

本发明目的：提供一种氮化镓表面的硫醇处理方法，改善氮化镓场效应晶体管中，氮化镓与栅介质层、阻挡层的界面态。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：

一种氮化镓表面的硫醇处理方法，其包括如下步骤：

(1)将清洗干净的氮化镓样品放入盐酸溶液中浸泡，浸泡一段时间后用去离子水冲洗，氮气吹干；

(2)在氮气气氛中，将吹干后的氮化镓样品浸入溶有硫醇的乙醇溶液中；浸泡一段时间后，将氮化镓样品再放入无水乙醇溶液中超声清洗，然后氮气吹干；

(3)将原子层沉积设备反应室加热，把步骤(2)得到的氮化镓样品置于反应室内，对反应室抽真空，在氮气气氛中，用水蒸气对样品表面处理，即以水蒸气作为反应气去除附着在样品表面的硫醇，如硫醇的长碳链。

在步骤(1)中，所述的盐酸溶液为常温，浓度范围为0.5％～37.5％；在盐酸溶液中浸泡的时间为1分钟～10分钟；在步骤(1)中所述的离子水冲洗时间的时间为1分钟～10分钟。

在步骤(1)中，所述溶有硫醇的乙醇溶液浓度为2mM～20mM；所述硫醇分子中的碳原子数为5至20，优选地，硫醇分子中的碳原子数为12至18；更优选地，所述硫醇为硫醇；浸入溶有硫醇的乙醇溶液的时间为4小时～48小时。

在步骤(2)中，所述的氮化镓样品在无水乙醇溶液中超声清洗的时间为1分钟～10分钟。

在步骤(3)中，所述的原子层沉积设备反应室的温度为100℃～400℃，优选为200℃～300℃，真空范围为50pa～500pa。

在步骤(3)中，用水蒸气对样品表面处理时，氮气流量的范围为10sccm～100sccm。