一种基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法

本发明涉及表面加工、原子级制造，尤其涉及一种基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法。

背景技术：

1、随着数字经济的发展，人工智能、大数据、物联网等诸多领域均离不开以集成电路为代表的半导体产业。非氧化物半导体晶圆是制造集成电路的基础，随着摩尔定律向极限逼近，对于非氧化物半导体晶圆的表面质量要求越来越严格。现阶段最先进的芯片制程已经向3 nm以下发展，这要求半导体晶圆表面达到原子级光滑，即在理想情况下非氧化物半导体晶圆表面内的所有原子都在晶面的同一层，这也被认为是材料表面粗糙度的极限状态。

2、现阶段应用最广泛的原子级抛光工艺为化学机械抛光法，该方法首先将材料表面软化，再通过磨粒的挤压引起塑性变形实现材料的去除，目前已普遍应用于半导体晶圆的抛光。此外，近年来研究人员还提出了多种可以在原子尺度上进行抛光的方法。yamamura等提出了等离子辅助抛光，其材料去除机理为利用等离子体将材料表面改性并通过软磨粒将改性层去除，目前已经在sic、gan等难加工半导体材料上获得了原子级光滑的表面。hara等提出了催化剂辅助刻蚀抛光，该方法通过金属催化剂的作用实现材料表面粗糙峰的优先去除，在si、gan、sic、zno等多种半导体材料上获得了表面粗糙度约0.1 nm的原子级光滑表面。deng等提出了一种等离子体原子选择刻蚀技术，通过等离子体激发出的刻蚀性气体（cf4）对材料表面具有不同数量悬挂键的原子进行选择性刻蚀，从而以极高的材料去除率获得原子级光滑表面，目前已成功应用于si、gan、sic等半导体材料。

3、以上方式尽管可以在半导体晶圆上获得原子级光滑表面，但均存在一定的弊端。化学机械抛光在加工过程中需要使用大量抛光液，为了提高抛光效率抛光液中通常会加入酸性或碱性液体调节酸碱性，且抛光液中的磨粒尺度为纳米级，难以回收处理，导致其对环境具有较高的污染性。等离子体辅助抛光通常需要将加工设备置于真空腔体内，以便约束反应气体从而保证在高速转动过程中等离子体的稳定性和均匀性，因此导致加工设备复杂，且对于晶圆尺寸有着较大限制。催化剂辅助刻蚀抛光可以在大气环境下进行，但其材料去除率仅为数十纳米每小时，无法实现高效抛光。等离子体原子选择刻蚀抛光具有极高的材料去除率（数十微米每分钟），然而由于其会优先去除具有较多悬挂键的原子，导致边缘处的材料去除率更大，因此加工后的晶圆平整度较差。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，以此来解决现有对非氧化物半导体晶圆进行原子级表面抛光方法存在环境污染、尺寸限制大、抛光效率低的问题。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，所述方法包括以下步骤：

4、将待抛光的非氧化物半导体晶圆放置在大气等离子体矩管下，并向大气等离子体矩管中持续通入载气；

5、启动等离子体，并向大气等离子体矩管通入反应气体，对非氧化物半导体晶圆进行等离子体氧化处理，在非氧化物半导体晶圆表面形成氧化膜；

6、待氧化膜的厚度达到预定厚度后，停止通入反应气体，调整等离子体的功率至500-700 w，对非氧化物半导体晶圆进行等离子体调控处理；

7、调控3-10 min后，使等离子体的功率以第一速率匀速降低至预定功率后，将调控处理后的非氧化物半导体晶圆浸泡在刻蚀液中以去除氧化膜，完成对非氧化物半导体晶圆的表面抛光。

8、优选的，对非氧化物半导体晶圆进行等离子体氧化处理的步骤中，具体参数为：等离子体的氧化功率为400-700 w，氧化时间为1-5 min。

9、优选的，所述预定厚度大于等于100 nm。

10、优选的，所述预定功率为400 w。

11、优选的，所述第一速率为1-30 w/min。

12、优选的，所述反应气体为等离子体提供氧化能力。

13、优选的，所述反应气体为含有氧原子的气体或含有羟基的气体。

14、优选的，将待抛光的非氧化物半导体晶圆放置在大气等离子体矩管前，对非氧化物半导体晶圆依次进行清洗处理和干燥处理。

15、有益效果：

16、本发明公开了一种基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，本发明提供的表面抛光方法所采用的加工设备简单且无需使用刻蚀性气体，仅通过等离子体的不同模式先在晶圆表面制备氧化膜，再进行调控，随后去掉氧化膜，最终获得晶圆的原子级光滑表面。本发明提供的方法对环境友好，抛光效率高且不会破坏晶圆平整度，无需使用真空腔室，具有加工大尺寸晶圆的能力。

1.一种基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，其特征在于，对非氧化物半导体晶圆进行等离子体氧化处理的步骤中，具体参数为：等离子体的氧化功率为400-700 w，氧化时间为1-5 min。

3.根据权利要求1所述的基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，其特征在于，所述预定厚度大于等于100 nm。

4.根据权利要求1所述的基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，其特征在于，所述预定功率为400 w。

5.根据权利要求1所述的基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，其特征在于，所述第一速率为1-30 w/min。

6.根据权利要求1所述的基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，其特征在于，所述反应气体为等离子体提供氧化能力。

7.根据权利要求6所述的基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，其特征在于，所述反应气体为含有氧原子的气体或含有羟基的气体。

8.根据权利要求1所述的基于等离子体的非氧化物半导体晶圆的表面抛光方法，其特征在于，将待抛光的非氧化物半导体晶圆放置在大气等离子体矩管前，对非氧化物半导体晶圆依次进行清洗处理和干燥处理。