衬底的氮化方法及氮化镓缓冲层的制备方法技术

本发明专利技术提供的衬底的氮化方法及氮化镓缓冲层的制备方法，其用于在外延生长氮化镓缓冲层之前，且在所述衬底完成图形刻蚀之后，使用感应耦合等离子体加工设备对衬底表面进行氮化处理，包括以下步骤：向反应腔室内通入氮化气体，并开启上电极电源和下电极电源，以在所述衬底表面形成氮化层。本发明专利技术提供的衬底的氮化方法，其可以扩大氮化窗口，以在衬底表面形成充分、均匀的氮化层，从而可以减少缓冲层缺陷。

Method for nitriding substrate and method for preparing gallium nitride buffer layer

Method for preparing nitride substrate method provided by the invention of the Dan Huajia and the buffer layer, the buffer layer on the epitaxial growth for Dan Huajia before and after completion of the etching on the substrate, using an inductively coupled plasma processing equipment on the surface of the substrate nitriding treatment, comprising the following steps: into the reaction chamber through the gas nitriding. And open the electrode and the lower electrode power supply, on the surface of a substrate to form a nitride layer. The method of nitriding a substrate can expand a nitriding window to form a sufficiently uniform layer of nitride on the surface of the substrate, thereby reducing the defects of the buffer layer.

【技术实现步骤摘要】
衬底的氮化方法及氮化镓缓冲层的制备方法
本专利技术涉及微电子
，具体地，涉及一种衬底的氮化方法及氮化镓缓冲层的制备方法。
技术介绍
蓝宝石(A12O3)因其具有制备工艺成熟、耐热、表面易于处理，且在高温下具有良好的稳定性等优点，成为GaN外延技术常用的衬底材料。但是，由于Al2O3与GaN存在较大晶格常数失配度，导致GaN外延薄膜存在高位错密度，从而在A12O3衬底上外延生长的GaN薄膜中会存在应力，该应力会引发更多的位错与缺陷，严重影响GaN薄膜的晶体质量。为此，通常制备GaN薄膜的方法是利用ICP(InductivelyCoupledPlasma，感应耦合等离子体)刻蚀技术刻蚀蓝宝石衬底，并在去除掩膜之后，利用MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉积)设备在蓝宝石衬底上外延生长一层氮化镓缓冲层，以缓解因晶格失配引起的应力。该氮化镓缓冲层的厚度和质量对提高GaN外延层的晶体质量起着非常重要的作用。现有的一种氮化镓缓冲层的制备方法是使用MOCVD设备进行外延工艺，具体包括以下步骤：氮化步骤，首先在1100℃条件下向反应腔室内通入H2气体，以对A12O3衬底进行高温解吸附处理，然后通入NH3气体，对A12O3衬底表面进行吹扫。NH3与A12O3衬底发生以下反应：Al2O3+NH3→AlN+H2O由此，在衬底表面覆盖形成一层多晶AlN层。上述氮化步骤的工艺参数如下：腔室压力为400～600mbar；温度为500～800℃；NH3气体的流量为200sccm；工艺时间为3～5min。外延缓冲层步骤，首先在530℃左右的温度条件下在衬底上生长厚度约20nm的GaN缓冲层，随后将温度提升至1060℃，并恒温5min进行重结晶；之后，在1030℃的温度条件下生长GaN层。虽然采用上述制备方法可以得到较为平整的GaN缓冲层，但是，由于Al2O3衬底具有良好的稳定性，在低温条件下进行氮化，较难打破Al-O键，从而导致衬底表面氮化不均匀，增加缓冲层缺陷。而高温条件下进行氮化会导致后续缓冲层生长方向不良，无法有效释放应力和减少缺陷。此外，由于在使用MOCVD设备进行外延工艺的过程中，需要向反应腔室内通入大流量的载气，导致腔室压力较高，这会增加分子的碰撞次数，减小分子的自由程，从而造成氮化不均匀，外延层光学、电学性质也随之恶化。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种衬底的氮化方法及氮化镓缓冲层的制备方法，其可以扩大氮化窗口，以在衬底表面形成充分、均匀的氮化层，从而可以减少缓冲层缺陷。为实现本专利技术的目的而提供一种衬底的氮化方法，用于在外延生长氮化镓缓冲层之前，对衬底表面进行氮化处理，所述氮化方法在所述衬底完成图形刻蚀之后，使用感应耦合等离子体加工设备对衬底表面进行氮化处理，包括以下步骤：向反应腔室内通入氮化气体，并开启上电极电源和下电极电源，以在所述衬底表面形成氮化层。优选的，所述氮化气体包括氮气。优选的，所述氮气的流量的取值范围在100～200sccm。优选的，所述氮化方法在可保持所述氮化镓缓冲层外延生长的晶向选择不变的预设温度的条件下进行氮化处理。优选的，所述预设温度的取值范围在0～20℃。优选的，所述反应腔室的压力的取值范围在3～5mT。优选的，由所述上电极电源输出的上电极功率的取值范围在1000～2500W。优选的，由所述下电极电源输出的下电极功率的取值范围在40～80W。优选的，所述氮化方法的工艺时间的取值范围在2～3min。优选的，采用所述感应耦合等离子体加工设备先后对所述衬底进行图形刻蚀以及氮化处理。作为另一个技术方案，本专利技术还提供一种氮化镓缓冲层的制备方法，包括以下步骤：氮化步骤，对衬底表面进行氮化处理，以形成氮化层；外延缓冲层步骤，在经过氮化处理的所述衬底表面外延生长氮化镓层；所述氮化步骤采用了本专利技术提供的上述衬底的氮化方法进行氮化处理。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的衬底的氮化方法，其通过在衬底完成图形刻蚀之后，使用感应耦合等离子体加工设备(即，ICP设备)对衬底表面进行氮化处理，可以增加等离子体对Al2O3衬底表面的轰击，从而可以更有效地打破Al-O键，进而可以扩大氮化窗口，以在衬底表面形成充分、均匀的氮化层，从而可以减少缓冲层缺陷。本专利技术提供的氮化镓缓冲层的制备方法，其通过采用本专利技术提供的上述衬底的氮化方法，可以增加等离子体对Al2O3衬底表面的轰击，从而可以更有效地打破Al-O键，进而可以扩大氮化窗口，以在衬底表面形成充分、均匀的氮化层，从而可以减少缓冲层缺陷。附图说明图1为本专利技术提供的衬底的氮化方法的流程框图；图2为本专利技术提供的氮化镓缓冲层的制备方法的流程框图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的衬底的氮化方法及氮化镓缓冲层的制备方法进行详细描述。图1为本专利技术提供的衬底的氮化方法的流程框图。请参阅图1，本专利技术提供的衬底的氮化方法，用于在外延生长氮化镓缓冲层之前，且在衬底完成图形刻蚀之后，使用感应耦合等离子体加工设备(InductivelyCoupledPlasma，以下简称ICP设备)对衬底表面进行氮化处理，包括以下步骤：S1，向反应腔室内通入氮化气体，并开启上电极电源和下电极电源，以衬底表面形成氮化层。其中，上电极电源用于向反应腔室施加上电极功率，以使反应腔室内的氮化气体激发形成等离子体。下电极电源用于向衬底施加下电极功率，以吸引等离子体朝向衬底表面运动。与现有技术中使用MOCVD设备对衬底表面进行氮化处理相比，使用ICP设备可以增加等离子体对Al2O3衬底表面的轰击，从而可以更有效地打破Al-O键，进而可以扩大氮化窗口，以在衬底表面形成充分、均匀的氮化层，从而可以减少缓冲层缺陷。优选的，该氮化方法所采用的氮化气体包括氮气，其不会对腔室环境产生影响，同时还可以起到清除刻蚀后残留在反应腔室内的气体的作用，这与使用MOCVD设备相比，无需再另外向反应腔室内通入大流量的载气，从而可以避免因腔室压力较高造成的氮化不均匀的情况，进而可以提高后续制备的氮化镓外延层的光学、电学性质。优选的，氮气的流量的取值范围在100～200sccm，以在保证获得充分、均匀的氮化层的前提下，有效清除刻蚀后残留在反应腔室内的气体。另外，由于ICP设备可以在保持氮化镓缓冲层外延生长的晶向选择不变的预设温度的条件下进行氮化处理，而无需采用较高的温度就可以打破Al-O键，从而可以避免因温度过高造成的氮化镓缓冲层不能释放应力和减少缺陷，进而可以保证器件的电学性质。该预设温度的取值范围在0～20℃。优选的，采用ICP设备先后对衬底进行图形刻蚀以及氮化处理。也就是说，图形刻蚀和氮化处理在同一ICP设备中先后进行。具体过程为：首先，在衬底表面进行图形刻蚀。具体地，向反应腔室通入刻蚀气体，并开启上电极电源和下电极电源。上电极电源向反应腔室施加激励功率，以使反应腔室内的刻蚀气体激发形成等离子体，同时下电极电源向衬底施加偏压功率，以使等离子体刻蚀衬底。在衬底表面形成所需的图形之后，关闭上电极电源和下电极电源，并停止通入刻蚀气体。然后，对衬底表面进行氮化处理。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬底的氮化方法，用于在外延生长氮化镓缓冲层之前，对衬底表面进行氮化处理，其特征在于，所述氮化方法在所述衬底完成图形刻蚀之后，使用感应耦合等离子体加工设备对衬底表面进行氮化处理，包括以下步骤：向反应腔室内通入氮化气体，并开启上电极电源和下电极电源，以在所述衬底表面形成氮化层。

【技术特征摘要】
1.一种衬底的氮化方法，用于在外延生长氮化镓缓冲层之前，对衬底表面进行氮化处理，其特征在于，所述氮化方法在所述衬底完成图形刻蚀之后，使用感应耦合等离子体加工设备对衬底表面进行氮化处理，包括以下步骤：向反应腔室内通入氮化气体，并开启上电极电源和下电极电源，以在所述衬底表面形成氮化层。2.根据权利要求1所述的衬底的氮化方法，其特征在于，所述氮化气体包括氮气。3.根据权利要求2所述的衬底的氮化方法，其特征在于，所述氮气的流量的取值范围在100～200sccm。4.根据权利要求1所述的衬底的氮化方法，其特征在于，所述氮化方法在可保持所述氮化镓缓冲层外延生长的晶向选择不变的预设温度的条件下进行氮化处理。5.根据权利要求4所述的衬底的氮化方法，其特征在于，所述预设温度的取值范围在0～20℃。6.根据权利要求1所述的衬底的氮化方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯林军，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11