[發明專利]硅襯底上外延氮化鎵薄膜及制備HEMT器件的方法

有效

• 申請號: 201410733895.X
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN105719968B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 方浩
• 申請（專利權）人: 北京北方華創微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 彭瑞欣;張天舒

1.一種硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，在硅襯底表面外延生長用作插入層的SiC層；

S2，對所述硅襯底進行氮化鎵外延工藝；所述工藝包括以下步驟：S21，對所述SiC層的表面進行處理，以形成一層鋁單原子層；S22，在所述鋁單原子層表面外延生長氮極性的氮化鎵外延層。

2.根據權利要求1所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，所述步驟S1進一步包括以下步驟：

S11，采用化學氣相沉積工藝，并以丙烷為原料對所述硅襯底進行碳化處理；

S12，通入含有碳元素和硅元素的氣體在經過碳化處理的所述硅襯底表面上外延生長SiC層。

3.根據權利要求2所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，在所述步驟S11中，腔室溫度為1100～1300℃，并在該腔室溫度下將所述硅襯底在摻有丙烷、甲烷或者乙烷的氫氣氣氛中烘烤5～30min。

4.根據權利要求2所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，在所述步驟S12中，腔室溫度為1050～1100℃。

5.根據權利要求2所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，所述含有碳元素和硅元素的氣體包括硅烷或者二硅烷。

6.根據權利要求1所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，在步驟S2中，所述工藝采用MOCVD方法，其中，

所述步驟S21以鋁金屬有機源氣體作為源材料在所述SiC層的表面外延生長所述鋁單原子層；

所述步驟S22以鎵金屬有機源氣體和氮源氣體作為源材料在所述鋁單原子層表面外延生長所述氮極性的氮化鎵外延層。

7.根據權利要求6所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，在所述步驟S21中，腔室溫度為1100～1200℃；鋁金屬有機源氣體的氣流量為40sccm。

8.根據權利要求6所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，在所述步驟S22中，腔室溫度為1080℃；腔室壓力為50～100torr；氮源氣體和金屬有機源氣體的摩爾比例為2000。

9.根據權利要求6所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，在完成步驟S22之后，所述工藝還包括以下步驟S23，停止通入所述鎵金屬有機源氣體，并在所述氮源氣體的氣體氣氛下將腔室溫度降低至室溫。

10.根據權利要求1所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法，其特征在于，所述SiC層的厚度為0.1～3μm；所述氮極性的氮化鎵外延層的厚度為0.15～1μm。

11.一種制備HEMT器件的方法，對具有氮化鎵外延層的硅襯底進行外延工藝，以在所述氮化鎵外延層上外延生長制備HEMT器件所需的至少一層外延層；其特征在于，所述氮化鎵外延層采用權利要求1-10任意一項所述的硅襯底上外延氮化鎵薄膜的方法獲得。

12.根據權利要求11所述的制備HEMT器件的方法，其特征在于，所述外延工藝包括以下步驟：

S100，在所述氮化鎵外延層上外延生長AlGaN層；

S200，在所述AlGaN層上外延生長GaN層。

13.根據權利要求12所述的制備HEMT器件的方法，其特征在于，所述外延工藝采用MOCVD方法，其中，

在所述步驟S100中，在腔室溫度為1100℃，腔室壓力為50～100torr的條件下，通入鋁金屬有機源氣體、鎵金屬有機源氣體和氮源氣體外延生長形成所述AlGaN層；

在所述步驟S200中，停止通入所述鋁金屬有機源氣體，并在腔室溫度為1080℃，腔室壓力為50～200torr的條件下，繼續通入所述鎵金屬有機源氣體和氮源氣體外延生長形成所述GaN層。