【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体材料制备领域，具体涉及一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法。
技术介绍
1、近年来，物化性能优异的超宽禁带半导体氧化镓(ga2o3)引起了科研界和产业界的广泛关注。氧化镓的带隙值宽达4.5-5.1ev，具有高达8mv·cm-1的抗击穿特性，用以表征功率器件电学特性的巴利加优值高达3214.1，是制作下一代高功率电子器件的优异材料。另一方面，氧化镓的光响应峰值直接对应于日盲紫外波段，且在吸收边附近的吸收系数高达105cm-1，在光电器件领域存在巨大的潜在应用价值。
2、薄膜形态是半导体材料与微电子工艺最为兼容的结构形态，氧化镓薄膜可用于功率器件的沟道层或光电器件的光吸收层。氧化镓薄膜的制备主要分为同质外延和异质外延。由于不存在晶格失配和热失配，同质外延的氧化镓薄膜往往质量较高，但当前氧化镓衬底价格高昂且p型掺杂问题未能解决，制作电子器件时存在较大的限制性。异质外延氧化镓薄膜的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅等。相比于蓝宝石和碳化硅，硅材料作为衬底具有大尺寸、成本低、热导率高和与硅基微电子器件集成等不可比拟的优点。然而，硅与氧化镓之间具有较大的晶格失配和热失配，在硅衬底上生长的氧化镓薄膜存在较大应力，易形成缺陷并在表面出现裂纹。
3、缓冲层工艺是优化硅衬底上氧化镓薄膜生长质量的常用方法。然而，目前均采用两种方法或两种不连续的工艺分别制备缓冲层和氧化镓薄膜层，这种方式存在两大缺陷。第一是工艺操作复杂，缓冲层与氧化镓薄膜的制备过程中存在间歇，甚至需要两种薄膜生长设备分别制备缓冲层和氧化镓薄膜，形成较
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的问题，提出一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，本专利技术采用连续工艺在硅衬底上制备氧化铪缓冲层和氧化镓薄膜层，简化了工艺操作流程，并避免了转移过程中缓冲层的表面污染问题，有益于提高相应微电子器件的性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，按照以下方法进行：
3、步骤1)清洗硅衬底，并将清洗后的硅衬底放入原子层沉积腔室内；
4、步骤2)调整原子层沉积腔室内真空度＜1torr，将硅衬底温度升温至230℃-280℃，采用原子层沉积法的连续工艺依次制备氧化铪缓冲层和氧化镓薄膜层；
5、步骤3)采用高温退火，即得到硅衬底上高质量的氧化镓薄膜。
6、进一步的，所述氧化铪缓冲层的厚度在30nm到70nm。
7、进一步的，所述氧化镓薄膜层的厚度在50nm到200nm。
8、进一步的，所述步骤2)中原子层沉积法连续工艺中包含300-700循环周期的氧化铪缓冲层和1000-4000循环周期的氧化镓薄膜层。
9、进一步的，所述氧化铪缓冲层的每个周期包含四个脉冲，采用temah为源的铪源脉冲，采用臭氧为源的氧源脉冲，利用氩气进行吹扫脉冲。
10、进一步的，所述氧化镓薄膜层的每个周期包含四个脉冲，采用teg或tmg为源的镓源脉冲，采用臭氧为源的氧源脉冲，利用氩气进行吹扫脉冲。
11、进一步的，所述步骤(3)中高温退火的具体工艺为：利用退火炉进行退火，退火氛围为氮气，温度为900℃，退火时间为10min。
12、进一步的，所述步骤1)中硅衬底清洗的具体步骤为：先用氢氟酸去除硅表面的二氧化硅层，然后依次用丙酮、无水乙醇和去离子水分别超声清洗10分钟。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
14、1、本专利技术通过设置原子层沉积法的工艺参数，采用连续工艺在硅衬底上制备氧化铪缓冲层和氧化镓薄膜层，简化了工艺操作流程，并避免了转移过程中缓冲层的表面污染问题。氧化铪的缓冲层作用减缓了硅与氧化镓之间的晶格失配和热失配，可以形成在硅衬底上的高质量氧化镓薄膜，有益于提高相应微电子器件的性能。
15、2、本专利技术选用原子层沉积法的连续工艺制备缓冲层和氧化镓薄膜层，工艺选用氧化铪作为缓冲层，制备过程中控制衬底温度，使其位于铪源与氧源的反应温度窗口与镓源与氧源反应温度窗口的交叉范围内，这样在生长过程不需要调节温度，能够连续生长氧化铪缓冲层和氧化镓薄膜层。
16、3、本专利技术选用原子层沉积法的连续工艺制备氧化铪缓冲层和氧化镓薄膜层，工艺选用臭氧作为氧源，一方面避免了在低温下水作为氧源与三甲基镓或三乙基镓等镓源不反应的问题，另一方面避免了等离子氧作为氧源下需要设置保护气体的问题，简化了原子层沉积程序，更利于实现缓冲层和氧化镓薄膜的连续工艺。
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1.一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于，按照以下方法进行：
2.根据权利要求1所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述氧化铪缓冲层的厚度在30nm到70nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述氧化镓薄膜层的厚度在50nm到200nm。
4.根据权利要求3所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述步骤2)中原子层沉积法连续工艺中包含300-700循环周期的氧化铪缓冲层和1000-4000循环周期的氧化镓薄膜层。
5.根据权利要求4所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述氧化铪缓冲层的每个周期包含四个脉冲，采用TEMAH为源的铪源脉冲，采用臭氧为源的氧源脉冲，利用氩气进行吹扫脉冲。
6.根据权利要求4所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述氧化镓薄膜层的每个周期包含四个脉冲，采用TEG或TMG为源的镓源脉冲，采用臭氧为源的氧源脉冲，利用氩气进行吹扫脉冲。
7.根据权利要求1所述的一种在
8.根据权利要求1所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述步骤1)中硅衬底清洗的具体步骤为：先用氢氟酸去除硅表面的二氧化硅层，然后依次用丙酮、无水乙醇和去离子水分别超声清洗10分钟。
...【技术特征摘要】
1.一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于，按照以下方法进行：
2.根据权利要求1所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述氧化铪缓冲层的厚度在30nm到70nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述氧化镓薄膜层的厚度在50nm到200nm。
4.根据权利要求3所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述步骤2)中原子层沉积法连续工艺中包含300-700循环周期的氧化铪缓冲层和1000-4000循环周期的氧化镓薄膜层。
5.根据权利要求4所述的一种在硅衬底上制备氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述氧化铪缓冲层的每个周期包含四个脉冲，采用temah...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘祥泰，王嘉洋，王少青，贾一凡，陆芹，王湛，陈海峰，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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