一种开管锌扩散方法技术

一种开管锌扩散方法，涉及一种化合物半导体外延片扩散方法，尤其是涉及一种以掺在有机硅胶中的锌一类金属作为扩散源，在开管通氮气氛围将锌一类杂质扩散到砷化镓化合物半导体外延片中的方法。提供一种新的开管锌扩散工艺。步骤为将锌粉掺入有机硅胶中得含锌的有机硅胶；在化合物半导体片上涂敷上一层含锌有机硅胶作为扩散源，匀胶后在样片上涂敷上有机硅胶，烘干；以惰性气体为保护气体进行扩散，扩散温度为５５０～６２０℃；除去表面涂层和有机硅胶层，即得目标产物。不需特殊设计的扩散室和复杂繁琐的真空处理，没有扩散室污染问题：工艺条件要求低，热处理设备简单，生产周期短，容易操作，稳定可靠，成本低。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种化合物半导体外延片扩散方法，尤其是涉及一种以掺在有机硅胶中的锌(Zn)一类金属作为扩散源，在开管通氮气氛围将锌一类杂质扩散到砷化镓(GaAs)化合物半导体外延片中的一种方法。
技术介绍
目前，对III-V族半导体化合物形成p-n结的方法有闭管扩散和开管箱法扩散两种形式。闭管扩散(Young-Don Ko，et al，Microelectronics Journal，Neural networi basedmodeling of diffusion process for high-speed avalanche photodiodes fabrication，2002，33675-680)需要在真空的石英管内进行，抽真空、封管和开管工艺麻烦，成本较昂贵，扩散时间长，不适合于大批量连续性生产。箱法扩散(张福甲，李思渊，胡建治，ZnP2在GaP表面的定态箱法扩散，发光与显示，1984，5，(3)83-85)需要将半导体外延片和杂质源放在特制的石英舟中，石英舟的设计需要满足一定的密封性，但又不能完全密封，需在氢气和氮气流动氛围进行，对氢气的排放和使用安全性需要采取一定的措施，所需设备较复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有扩散方法的不足之处，提供一种新的开管锌扩散工艺。本专利技术的技术方案是在化合物半导体例如砷化镓(GaAs)样片上旋转涂敷一层均匀掺锌的有机硅胶作为扩散源，在惰性气体保护下，在快速热退火炉中进行扩散。本专利技术的具体步骤为1)将锌粉掺入有机硅胶中，按质量比锌粉∶有机硅胶＝1∶(1～2)，得含锌的有机硅胶；2)在化合物半导体片上涂敷上一层由步骤1)制得的含锌的有机硅胶作为扩散源，匀胶后在样片上涂敷上有机硅胶，烘干；3)将步骤2)所得的化合物半导体片以惰性气体为保护气体进行扩散，扩散温度为550～620℃；4)除去表面涂层，再去除还黏附的有机硅胶层，即得目标产物。在步骤1)中，按质量比锌粉∶有机硅胶＝1∶1，纯度为99.99％以上。在步骤2)中，所述的匀胶厚度≥0.1mm，最好为0.4mm；有机硅胶胶层厚度为0～1mm，最好为0.6mm，然后放入干燥箱中烘至胶自然凝固，温度为90～120℃。所述的化合物半导体片的大小、尺寸和形状可任意，化合物半导体优选砷化镓(GaAs)。可使用一般的有机硅胶，要求能够耐住扩散要求的高温，并且黏附性较强，去除方便即可。例如使用国产牌号为705型RTV-905 Silicone Adhesive的有机硅胶作为扩散源。在步骤3)中，所述的惰性气体选自氮气或氩气，气体流量为3～5ml/m，最好为3ml/m，扩散时间为10～35min。在步骤4)中，用沾有丙酮的棉花擦去表面涂层，然后用HF∶H2O＝1∶(0.5～5)，最好HF∶H2O＝1∶0.5的溶液去除还黏附的有机硅胶层。与现有的扩散方法相比，本专利技术具有以下的突出优点(1)本专利技术不需要特殊设计的扩散室，仅需要具有加热功能并具备流通气体的装置(2)不需要复杂繁琐的真空处理；(3)没有扩散室污染问题；(4)工艺条件要求相对较低，所需热处理设备很简单，即诸如快速热退火炉一类就可以；(5)工艺简单，生产周期短，容易操作，稳定可靠，成本低。附图说明图1为扩散升降温度示意图。在图1中，横坐标为扩散时间(t)，纵坐标为扩散温度(T)，起始单调递增段表示升温时间和温度，升温时间很快，只需要约24秒；中间水平段表示设定的恒温扩散的时间和温度；末段单调递减表示在自然降温的时间与温度一般降到可以取片的温度为80℃温度，大约要20分钟。图2为砷化镓(GaAs)样片在580℃时，扩散结深和扩散时间的开方t1/2关系曲线。在图2中，横坐标为扩散时间的开方t1/2，时间单位为s，纵坐标为扩散结深(μm)。图3为砷化镓(GaAs)样片在580℃时，方块电阻(通过四探针法测试)和扩散时间的关系。在图3中，横坐标为扩散时间的开方t1/2，时间单位为s，纵坐标为方块电阻(Ω/□)。图4为砷化镓(GaAs)样片在扩散温度580℃，扩散时间15min，ECV(电化学电容-电压测量)测试得到的载流子纵向分布图。在图4中，横坐标为结深(Depth/μm)，纵坐标为扩散样品的表而浓度(Log Concentration/cm2)。图5为扩散温度为580℃，扩散时间为30min后的GaAs表面状态图。图6为扩散温度为600℃，扩散时间为25min后的GaAs表面状态图。具体实施例方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。实施例1将0.4g锌粉研磨后(锌粉的颗粒大小如细面粉状，纯度为99.99％以上)，掺入0.4g有机硅胶中，并搅拌均匀，得扩散源。在任意大小、尺寸、形状砷化镓片上涂敷上一层扩散源，通过旧式的甩胶机匀胶，可调变压器从0至50V，匀胶时间约为45s，使含锌的有机硅胶较均匀地分布在砷化镓样片上，厚度为0.4mm，在匀胶后的样片上涂敷上有机硅胶，有机硅胶层厚度为0.6mm，然后放入干燥箱中烘干到胶自然凝固，烘干温度为120℃。以含锌的有机硅胶为扩散杂质源，在快速热退火炉中进行扩散，以氮气为保护气体，气体流量为3ml/m，进行扩散，扩散温度为550～620℃，扩散时间为10～35min；用沾有丙酮的棉花擦去表面涂层，然后用HF∶H2O＝1∶0.5的溶液去除还黏附的有机硅胶层。GaAs扩散结果如表1所示。表1 由表1可见，在扩散温度550℃～590℃，时间在10～30min得到的砷化镓表面光亮，无分解氧化等现象。在扩散温度600～620℃后，GaAs表面仍然为镜面，但是颜色变暗，显微镜下观察有黄色斑纹。且扩散结深并不随温度的增加而递增，这是由于过高温，胶掩蔽不住，并且Zn挥发速率大于扩散速率的缘故。砷化镓样片在580℃时，扩散结深和扩散时间的开方t1/2关系曲线如图2所示，可以看出Xj-t1/2基本上遵循菲克(Fick)定律。砷化镓样片在580℃时，方块电阻(通过四探针法测试)和扩散时间的关系如图3所示，可以看出随扩散时间的增加，表面方块电阻降低，这表明随扩散时间的增加，扩散样片的表面浓度降低。图4是扩散温度580℃，扩散时间15min时候，ECV测试得到的载流子纵向分布图。图5是扩散温度为580℃，扩散时间为30min后的GaAs表面状态图。图6是扩散温度为600℃，扩散时间为25min后的GaAs表面状态图。GaAs样片的扩散结深为0.7～1.76μm，表面浓度在1019～1020/cm3范围。可以根据制备的半导体器件实际需要，在扩散前或扩散后进行光刻腐蚀等工艺。实施例2与实施例1类似，其区别在于将0.4g锌粉研磨后，掺入0.6g有机硅胶中。使含锌的有机硅胶较均匀地分布在砷化镓样片上，厚度为0.1mm，在匀胶后的样片上涂敷上有机硅胶，有机硅胶层厚度为0.1mm，然后放入干燥箱中烘干至胶自然凝固，烘干温度为90℃。以含锌的有机硅胶为扩散杂质源，在快速热退火炉中进行扩散，以氮气为保护气体，气体流量为5ml/m，进行扩散，扩散温度为550～580℃，扩散时间为10～15min；用沾有丙酮的棉花擦去表面涂层，然后用HF∶H2O＝1∶3的溶液去除还黏附的有机硅胶层。实施例3与实施例2类似，其区别在于将0.4g锌粉研磨后，掺入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开管锌扩散方法，其特征在于其步骤为：１）将锌粉掺入有机硅胶中，按质量比锌粉∶有机硅胶＝１∶１～２，得含锌的有机硅胶；２）在化合物半导体片上涂敷上一层由步骤１）制得的含锌的有机硅胶作为扩散源，匀胶后在样片上涂敷上有机硅胶， 烘干；３）将步骤２）所得的化合物半导体片以惰性气体为保护气体进行扩散，扩散温度为５５０～６２０℃；４）除去表面涂层，再去除还黏附的有机硅胶层，即得目标产物。

【技术特征摘要】
1.一种开管锌扩散方法，其特征在于其步骤为1)将锌粉掺入有机硅胶中，按质量比锌粉∶有机硅胶＝1∶1～2，得含锌的有机硅胶；2)在化合物半导体片上涂敷上一层由步骤1)制得的含锌的有机硅胶作为扩散源，匀胶后在样片上涂敷上有机硅胶，烘干；3)将步骤2)所得的化合物半导体片以惰性气体为保护气体进行扩散，扩散温度为550～620℃；4)除去表面涂层，再去除还黏附的有机硅胶层，即得目标产物。2.如权利要求1所述的一种开管锌扩散方法，其特征在于在步骤1)中，按质量比锌粉∶有机硅胶＝1∶1。3.如权利要求1所述的一种开管锌扩散方法，其特征在于在步骤2)中，所述的匀胶厚度≥0.1mm。4.如权利要求3所述的一种开管锌扩散方法，其特征在于在步骤2)中，所述的匀胶厚度为0.4mm。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖雪芳，谢生，陈朝，陈良惠，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]