[发明专利]一种基于超临界的高质量宽禁带半导体氧化工艺及制备的氮化镓和应用

说明书

本发明公开了一种基于超临界的高质量宽禁带半导体氧化工艺及制备的氮化镓和应用，将氮化镓样品放置到超临界设备内支架上，保证样品垂直；向超临界设备的腔室内放入双氧水，然后将设备密封；控制压强向超临界设备内充入氧气；将超临界设备温度从25℃升到375～390℃；保持以上超临界状态处理，降压处理并保持；氮化镓样品的表面生长出一层致密的β氧化镓薄膜。本发明创新型的提出了在低温高压的超临界水和氧气的混合环境下，对宽禁带半导体进行快速氧化的工艺，相比于传统的干氧和湿氧氧化方法，该方法优点是快速，低温且所得氧化产物质量好。为宽禁带半导体的进一步应用打下基础。

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种基于超临界的高质量宽禁带半导体氧化工艺及制备的氮化镓和应用，可以在短时间内获得致密性良好的厚层氧化物薄膜。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料，凭借其高的临界击穿场强、高的电子饱和漂移速度，正迅速成为高频大功率器件的首选材料。，高质量的栅极氧化层形成，对于器件制备性能起到了决定性作用。目前氮化镓基MOS器件常用栅极绝缘层主要有SiO₂,Al₂O₃等，但是较差的界面质量，严重降低了器件的性能，如何氧化氮化镓生长高质量本征氧化层——β型氧化镓成为人们研究的热点。目前，主流的氮化镓的氧化工艺是干氧和湿氧方法，其特点是高温(大于800℃)条件下长时间(大于1小时)的热氧化，其中存在的问题是氧化产物组分复杂；且高温过程会向氮化镓/氧化镓界面引入热应力，会导致漏电流过大，同时高温下氮化镓的热分解产生了非常大的界面态密度，严重降低了器件的性能。于是人们开始探索是否有其他一些高效可行的工艺来用于氮化镓的氧化。

超临界状态是指某种物质的温度和压力都处于其临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上时的状态，处于此状态下的物质没有气液界面的区别，称为超临界流体(Supercritical Fluids，简称为SCF)。超临界流体具有气体和液体的双重性质，同时又表现出自身独特的性能。其最大的特点是有极高的流动性、传递性和溶解性，，压强通常为几十到几百个大气压。高的反应压力可以避免化合物半导体的分解，与传统的常压或者低压半导体加工工艺完全不同，超临界流体浓度高，扩散性好，是一种创新性的半导体加工工艺。

其中，超临界水(Tc＝374℃，Pc＝22.05MPa)最显著的特点是具备极强的氧化性，可以与氧气(O₂)，氨气(NH₃)等气体以任意比例互溶本文介绍了一种应用于宽禁带半导体氮化镓的超临界水氧化工艺。

超临界水氧化GaN，采用高压条件可以避免其分解，同时通过增加氧气与水的比例，达到增强超临界流体氧化性的目的从而在低温下快速制备出高质量的氧化物。高的氧化物质量可以降低界面态密度，是制备MOS器件的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于超临界的高质量宽禁带半导体氧化工艺及制备的氮化镓和应用，制备高质量β型氧化镓工艺，具有反应温度低，薄膜质量好，生长速度快的特点。

本发明采用以下技术方案：

一种基于超临界的高质量宽禁带半导体氧化工艺，包括以下步骤：

S1、将氮化镓样品放置到超临界设备内支架上，保证样品垂直；

S2、向超临界设备的腔室内放入双氧水，然后将设备密封；

S3、控制压强向超临界设备内充入氧气；

S4、将超临界设备温度从25℃升到375～390℃；

S5、保持以上超临界状态处理，降压处理并保持；

S6、氮化镓样品的表面生长出一层致密的β氧化镓薄膜。

具体的，步骤S2中，双氧水占超临界设备体积的1/6～1/8。