半导体材料表面钝化方法及真空处理系统技术方案

本公开提供了一种半导体材料表面钝化方法及真空系统，半导体材料表面钝化方法包括：在真空环境中，对半导体材料表面施加原子氢，以对半导体材料表面进行还原；对被还原的半导体材料表面进行氧化。真空处理系统包括：真空腔，用于容纳样品，样品具有半导体材料表面；氢源，用于向半导体材料表面发射原子氢，以对半导体材料表面进行还原；氧源，用于对被氧化还原的半导体材料表面进行氧化。原的半导体材料表面进行氧化。原的半导体材料表面进行氧化。

【技术实现步骤摘要】
半导体材料表面钝化方法及真空处理系统


[0001]本公开涉及化合物半导体材料处理
，特别涉及一种半导体材料表面钝化方法及真空处理系统。

技术介绍

[0002]传统技术中主要使用Si作为光电器件的主要制造材料，与Si相比，
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物半导体(例如，GaAs、InGaAs等)具有更高的电子迁移率，是未来MOSFET、LED、激光二极管等光电器件更理想的材料。稳定的半导体
‑
绝缘层的界面质量是实现光电器件商业化的决定性因素之一，目前
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物半导体器件还无法达到SiO2‑
Si那样稳定的界面质量，其主要原因是半导体
‑
绝缘体界面处的高密度缺陷态导致了费米钉扎效应，导致
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物半导体光电器件寿命提升和节能优化受到很大的限制。
[0003]界面生长过程中
Ⅲ‑Ⅴ
族化合物半导体的界面在生长过程中易与氧发生反应生成对影响界面质量的非晶态原生氧化物。常用去除氧化层的方法为：在真空下利用Ar离子刻蚀方法去除非晶态的原生氧化物，然后在真空环境中反复加热退火，获得干净平滑的表面，最后在真空且加热状态下氧化形成对器件性能有利的晶态氧化物作为钝化层，保护半导体衬底避免被氧化。这种方法的存在的问题如下：(1)离子刻蚀不可避免地会损伤表面，必须通过随后的多次高温退火来得到平整的表面，工艺步骤繁琐；(2)采用普通氧气氧化形成晶体态的氧化层必须在高温下(至少370℃，甚至430℃以上)才能形成稳定的氧化层，而很多器件在高温特别是400℃以上处理会破坏器件的欧姆接触，同时与下层衬底材料产生扩散效应，带来影响后续器件性能等问题。

技术实现思路

[0004]本公开提供了一种半导体材料表面钝化方法，包括：在真空环境中，对半导体材料表面施加原子氢，以对半导体材料表面进行氧化还原；对被还原的半导体材料表面进行氧化。
[0005]本公开提供了一种真空处理系统，包括：真空腔，用于容纳半导体材料；氢源，用于向半导体材料表面发射原子氢，以对半导体材料表面进行氧化还原；氧源，用于对被氧化还原的半导体材料表面进行氧化。
附图说明
[0006]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本公开的一种实施例，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。
[0007]图1示出根据本公开一些实施例的真空处理系统的结构示意图；
[0008]图2示出根据本公开一些实施例的位置调节装置的结构示意图；
[0009]图3示出根据本公开一些实施例的位置调节装置的截面示意图；
[0010]图4示出根据本公开一些实施例的驱动磁组件和第一驱动装置的结构示意图；
[0011]图5示出根据本公开一些实施例的驱动磁组件和第一驱动装置的侧视图；
[0012]图6示出根据本公开一些实施例的第二驱动装置的结构示意图；
[0013]图7示出根据本公开一些实施例的第三驱动装置的结构示意图；
[0014]图8示出根据本公开一些实施例的半导体材料表面钝化方法的流程图；
[0015]图9示出根据本公开一些实施例的氢源的截面示意图；
[0016]图10示出根据本公开一些实施例的离子过滤器的结构示意图；
[0017]图11示出表面被自然氧化的GaAs晶片的反射高能电子衍射(RHEED)图；
[0018]图12示出根据本公开一些实施例的在270℃下，经过氢源氧化还原后GaAs样品的RHEED图；
[0019]图13示出根据本公开一些实施例的在150℃下，经过氢源氧化还原后GaAs样品的RHEED图；
[0020]图14示出根据本公开一些实施例的在100℃下，经过氢源氧化还原后GaAs样品的RHEED图；
[0021]图15示出根据本公开一些实施例的在60℃下，经过氢源氧化还原后GaAs样品的RHEED图；
[0022]图16示出根据本公开一些实施例的在室温下，经过氢源氧化还原后GaAs样品的RHEED图；
[0023]图17示出根据本公开一些实施例的半导体材料表面氧化还原后外延钝化层的样品的X射线光电子能谱技术(XPS)表征结果图。
[0024]在上述附图中，各附图标记分别表示：
[0025]1000 真空处理系统
[0026]200 真空腔
[0027]300 氢源
[0028]310 射频源
[0029]320 离子发生腔
[0030]330 能量耦合器
[0031]350 进气口
[0032]360 延长管
[0033]361 管体
[0034]362 真空密封件
[0035]400 氧源
[0036]500 半导体材料
[0037]600RHEED扫描装置
[0038]610 电子束发射装置
[0039]620 采集装置
[0040]630 控制装置
[0041]100位置调节装置
[0042]10 驱动真空腔
[0043]11 第一波纹管
[0044]12 第一真空腔段
[0045]13 第二驱动装置
[0046]131 第二电机
[0047]132 第二主动齿轮
[0048]134a、134b、134c、134d第二丝杆
[0049]14 第二波纹管
[0050]15 第二真空腔段
[0051]16 第三驱动装置
[0052]161 第三电机
[0053]162 第三主动齿轮
[0054]164a、164b、164c、164d第三丝杆20 样品架
[0055]30 第一驱动轴
[0056]40 传动磁组件
[0057]50 驱动磁组件
[0058]60 第一驱动装置
[0059]61 第一电机
[0060]62 第一从动齿轮
[0061]63a、63b驱动轴承
[0062]70 加热装置
[0063]80 第二驱动轴
具体实施方式
[0064]下面将结合附图对本公开一些实施例进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开示例性实施例，而不是全部的实施例。
[0065]在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体材料表面钝化方法，其特征在于，包括：在真空环境中，对半导体材料表面施加原子氢，以对所述半导体材料表面进行还原；对被还原的所述半导体材料表面进行氧化。2.根据权利要求1所述的半导体材料表面钝化方法，其特征在于，对被还原的所述半导体材料表面进行氧化，包括：对所述半导体材料表面施加原子氧、臭氧或氧气中的至少一种，以形成氧化物晶体层。3.根据权利要求1所述的半导体材料表面钝化方法，其特征在于，所述真空环境的温度在室温至270℃之间。4.根据权利要求3所述的半导体材料表面钝化方法，其特征在于，还包括：对所述半导体材料表面进行加热，使所述半导体材料表面的温度在室温至270℃之间。5.根据权利要求1所述的半导体材料表面钝化方法，其特征在于，还包括：在对半导体材料表面施加原子氢的过程中，对所述半导体材料表面进行高能电子衍射(RHEED)监测，以获得氧化还原信息；和/或在对被氧化还原的所述半导体材料表面进行氧化的过程中，对所述半导体材料表面进行RHEED监测，以获得所述半导体材料表面的氧化物晶体层的形成信息。6.根据权利要求1所述的半导体材料表面钝化方法，其特征在于，还包括：产生氢等离子或氧等离子；以及对所述氢等离子或所述氧等离子中的带电粒子进行过滤，以获得原子氢束流或原子氧束流。7.一种用于执行如权利要求1
‑
6中任意一项所述的半导体材料表面钝化方法的真空处理系统，其特征在于，包括：真空腔，用于容纳样品，所述样品具有半导体材料表面；氢源，用于向所述半导体材料表面发射原子氢，以对所述半导体材料表面进行氧化还原；氧源，用于对被氧化还原的所述半导体材料表面进行氧化。8.根据权利要求7所述的真空处理系统，其特征在于，还包括：高能电子衍射(RHEED)扫描装置，包括：电子束发射装置，用于向所述半导体材料表面发射电子束；采集装置，用于对所述半导体材料表面上的多个扫描点，采集多个RHEED图像；以及控制装置，用于对所述多个RHEED图像进行分析，以获得所述半导体材料表面上的膜的信息。9.根据权利要求8所述的真空处理系统，其特征在于，还包括：位置调节装置，用于调节所述半导体材料的位置。10.根据权利要求9所述的真空处理系统，其特征在于，所述位置调节装置包括：驱动真空腔；样品架，位于所述驱动真空腔外，用于承载样品；第一驱动轴，近端设置在所述驱动真空腔内，远端与所述样品架固定连接；传动磁组件，设置在第一驱动轴近端；驱动磁组件，设置在驱动真空腔外，且与传动磁组件磁耦合，以驱动传动磁组件运动，
带动第一驱动轴和样品架运动；以及第一驱动装置，用于驱动所述驱动磁组件升降和/或旋转，以驱动所述传...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢斌平，杨贺鸣，张凯，
申请(专利权)人：费勉仪器科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：