[发明专利]一种砷化铟薄膜材料的制备方法及装置

说明书

本发明公开一种砷化铟薄膜材料的制备方法及装置，属于半导体制造技术领域。本发明所述方法为：超声清洗单面抛光的单晶Si衬底并吹干，然后将吹干后的单晶Si衬底送入真空腔中加热去氢；加热砷单质使其挥发，让As气流经过单晶Si衬底表面，形成Si‑As键，活化单晶Si衬底表面，然后低温生长一层缓冲层；然后在单晶Si衬底衬底表面生长砷化铟薄膜；随炉冷却至室温后得到砷化铟薄膜材料。本发明所述方法对仪器设备要求低、成本低、易于操作且重复性较好；所得到的砷化铟薄膜的形貌、表面均匀平整，沿(111)取向择优生长，厚度为4.83μm，结晶质量好。

技术领域

本发明涉及一种砷化铟薄膜材料的制备方法及装置，属于半导体制造技术领域。

背景技术

近年来，硅基发光材料及红外探测材料的研究成为材料科学研究的两大热点。第一代红外探测器芯片是以闪锌矿结构为代表的InSb、HgCdTe(MCT)等窄带半导体晶体材料，其单管器件的探测率极高，几乎可达背景探测极限。然而，它们的晶体结构的完整性差，特别是合金组分的少量偏差将会导致探测波长的较大变化，尤其在薄膜材料中，这种缺陷难于制作大面阵的多元探测器芯片。目前红外焦平面探测器芯片的发展主流仍然期待以现代微电子技术的基石Si基元素半导体材料为主。因此，人们一直寻求大面职均匀性好的薄膜红外探测材料。

砷化铟(InAs)作为一种主要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，具有高的室温电子迁移率和窄的禁带宽度，已成为制作中长波红外探测器和激光器的源及衬底材料，并在大气监测、医疗、国防及卫星通讯领域有重要应用前景，一直是国内外研究的热点和前沿课题之一

目前国内外普遍采用金属有机物气相外延(MOVPE)和液相外延(LPE)技术制备Ⅲ-Ⅴ族薄膜材料，取得了较好的结果。但由于MOVPE和MBE生长技术使用的设备和金属有机化合物价格昂贵且有毒性，在材料制备过程中生产成本高、操作复杂，而LPE生长技术需要配制生长母液，存在操作繁琐、程序复杂、难以有效去除表面母液残留等问题。砷化铟薄膜在单晶Si衬底上难以沉积，此外，由于砷化铟和单晶Si衬底之间存在一定的晶格失配和热膨胀失配，会影响砷化铟薄膜在单晶Si衬底上的生长质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砷化铟薄膜材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）单晶Si衬底的清洗：清洗单面抛光的单晶Si衬底并吹干。

（2）将砷化铟源和砷单质放入内生长管中，将单晶Si衬底放入石英舟中，石英舟套在内生长管的管口，其中，砷单质位于砷化铟源和单晶Si衬底之间，将内生长管和石英舟一起推入真空腔中，抽真空。

（3）将加热炉套在真空腔的外面，其加热位置为放置单晶Si衬底的位置，控制温度为750~850℃，加热5~10 min。

（4）推开加热炉，使炉体自然降温，然后将加热炉推回，使加热炉的恒温区对应砷单质所在位置，加热炉的降温区对应单晶Si衬底所在位置，控制砷单质的温度为613~615℃，单晶Si衬底的温度为350~360℃，使砷单质完全挥发，As气流经Si表面，形成Si-As键，活化Si衬底表面，使其变为极化的表面（厚度一般为5~10 nm），然后使单晶Si衬底升温至370~380℃，生长缓冲层(厚度一般为10~20nm)，生长时间为10~20 min。

（5）然后将炉体升温后推至生长位置，使加热炉的恒温区对应砷化铟源所在位置，加热炉的降温区对应单晶Si衬底所在位置，控制砷化铟源的温度为950℃~980℃，单晶Si衬底的温度为400~450℃，在Si衬底表面生长砷化铟薄膜，时间为2~4 h，然后薄膜随炉冷却至室温，得到砷化铟薄膜材料。