一种半导体材料表面湿法钝化方法与流程

本发明设计一种半导体材料表面湿法钝化方法，具体涉及一种通过正二十烷硫醇溶液实现半导体材料表面稳定钝化的新型方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术：

iii-v族半导体材料具有禁带宽度大，电子迁移率高，直接带隙，耐高温等特点，成为继si后最具潜力的半导体材料体系，在半导体激光器，太阳能电池，mos场效应晶体管，光探测器等领域获得瞩目应用。但是由于缺乏像si/sio2体系中稳定的钝化层，iii-v族半导体材料表面缺陷密度很高，引起费米能级钉扎和高的表面复合速率，直接影响了器件外延层的质量以及整个器件的光电性能。湿法硫钝化是公认的降低iii-v族半导体材料表面态有效手段之一，利用硫化物溶液浸泡半导体材料，可以有效去除材料表面的自体氧化层，同时s与iii-v族半导体表面原子形成共价键，进一步降低表面态密度，相应的硫化物层还能抑制表面再次被氧化。目前，已经报道的硫化物钝化液主要包括nas9h2o，(nh4)2s，s2cl，ch3csnh2等，但是(nh4)2s、s2cl钝化时易挥发h2s有毒气体，nas钝化存在钠离子污染问题，并且这些硫化物钝化还存在一个突出的共性缺点，就是钝化处理后生成的硫钝化层很薄，只有1-2个原子层厚度，因此空气中的氧原子仍可以穿透钝化层侵蚀下面的半导体表面，导致钝化效果下降，不利于iii-v族半导体材料的后续应用。因此急需一种高效的硫钝化方法，能实现iii-v族半导体材料表面稳定的钝化保护效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半导体材料表面稳定的硫钝化方法，同时工艺简单，可以满足半导体材料的实际应用。具体地说，本发明提出采用正二十烷硫醇做为硫化物钝化液，在特定的条件下与半导体材料反应，有效去除材料表面的氧沾污，同时在半导体表面自组装上长碳链硫醇分子层，退火处理后，实现表面稳定的钝化保护。

本发明是这样实现的，首先将半导体晶片依次置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，去除表面的有机沾污，经去离子水冲洗干净后，放入稀释hf溶液中浸泡，以去除表面较厚的氧化层，然后置于正二十烷硫醇(ch3[ch2]19sh)的乙醇溶液中开始钝化，直至半导体表面自组装上长碳链硫醇分子层，随后将晶片取出，进行异丙醇溶液超声处理和氮气吹干，最后在氮气条件下进行退火处理。

本发明的效果在于：1、采用正二十烷硫醇的乙醇溶液作为硫钝化液，极大的减少了h2s等有毒气体的挥发；2、溶剂中不含水，有效抑制了溶液中残留氧对钝化膜的氧化侵蚀；3、该钝化方案可以在半导体材料表面形成较厚硫钝化层(1～3nm)，结合退火工艺，进一步去除键合力较差的含s化学键和非晶硫层，增强钝化稳定性。

附图说明

图1是正二十烷硫醇钝化半导体材料的原理示意图。

图2是代表性的iii-v族半导体材料gaas经正二十烷硫醇钝化、并置于空气12小时后，与未经钝化处理的gaas晶片的pl测试对比图。

具体实施方式

步骤1：将半导体晶片依次置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗5～10min去除表面的有机沾污，随后用去离子水冲洗干净；

步骤2：将清洗好的晶片放入hf(hf∶h2o＝1∶1)溶液中浸泡3min～10min，去除晶片表面较厚的氧化层；

步骤3：将晶片放入正二十烷硫醇(ch3[ch2]19sh)的乙醇溶液中钝化，其中硫醇的浓度5mm～10mm，室温条件下钝化不少于24h；

步骤4：晶片取出后，放入异丙醇溶液中超声不低于5min，随后用高纯氮气吹干；

步骤5：将晶片在氮气条件下进行退火处理，温度200±20℃，时间30min±5min。

技术特征：

技术总结
本发明一种半导体材料表面湿法钝化方法，属于半导体材料技术领域。该领域已知技术难以采用湿法钝化手段有效降低材料表面态的同时，维持钝化效果的长期稳定性。本发明提出采用正二十烷硫醇做为硫化物钝化液，在特定的条件下与半导体材料反应，能有效去除半导体材料表面的氧沾污，同时在半导体表面自组装上长碳链硫醇分子层，实现表面稳定的钝化保护。本方法化学污染小，操作简单，成本低廉，钝化效果明显，可用于半导体器件制备过程中的表面处理。

技术研发人员：周路;杨小天;迟耀丹;王欢;初学峰;闫兴振;杨帆;高晓红;王超;郭亮
受保护的技术使用者：吉林建筑大学
技术研发日：2017.09.08
技术公布日：2018.02.16