[發明專利]采用硅圖形襯底生長氮化鎵外延方法

有效

• 申請號: 201711058981.5
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107910244B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 梁輝南
• 申請（專利權）人: 大連芯冠科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 閃紅霞

本發明公開一種采用硅圖形襯底生長氮化鎵外延方法，按照如下步驟進行：采用掩膜或者蝕刻在硅襯底上表面的橫向和豎向形成等距的多條線條，所述線條高1~10μm、寬100~500μm，各線條之間的間距為1~3cm；采用金屬有機物化學氣相沉積法在硅襯底的上表面由下至上依次生長氮化鋁緩沖層、鋁鎵氮漸變緩沖層、氮化鎵緩沖層、氮化鋁隔離層及鋁鎵氮器件層，所述鋁鎵氮漸變緩沖層由四層Al_xGa_1?xN構成，由下至上每層Al_xGa_1?xN結構的X值分別為0.8、0.6、0.4、0.2，鋁鎵氮漸變緩沖層的厚度為3~4.5μm，氮化鎵緩沖層的厚度為1~2μm，所述氮化鋁隔離層的厚度為1~10nm，鋁鎵氮器件層的厚度為20~40nm。

技術領域

本發明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種操作簡單、可有效解決外延生長過程中因應力而發生的斷裂、彎曲等問題、降低產品生產成本的采用硅圖形襯底生長氮化鎵外延方法。

背景技術

目前，氮化鎵功率器件已成為功率器件行業最前沿的熱點和產業焦點，其生產中的關鍵技術之一是制備優良的氮化鎵材料。雖然以碳化硅、藍寶石為襯底，進行金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）外延生長可制備氮化鎵材料，但是碳化硅、藍寶石價格昂貴以及后續器件加工的設備兼容性問題，制約了氮化鎵材料的大批量工業化生產。硅襯底具有成本低、晶圓尺寸大等優點。但是以硅為襯底進行金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）外延生長制備氮化鎵材料，會在生長過程的以下幾個階段形成應力和演變：1）初期的加熱升溫過程中硅襯底表面和背面的溫度差形成張應力；2）隨著外延生長因為晶格不匹配導致的壓應力逐漸取代溫差引起的張應力；3）在外延生長末期壓應力達到最大值；4）在降溫過程中因為熱膨脹不匹配導致的張應力逐漸抵消壓應力。以上各個階段的外延應力變化會直接導致外延裂紋及彎曲，無法應用于后續的電子器件加工，而硅襯底與氮化鎵之間的高位錯密度亦可導致氮化鎵外延材料質量降低以及隨之而來的低擊穿電壓。因此以硅為襯底進行金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）外延生長，首先需要解決緩解外延生長過程中應力及高位錯密度這一技術難題。

現有的技術解決方案之一如圖1所示，是采用金屬有機物化學氣相沉積法在硅襯底01的上表面由下至上依次生長氮化鋁緩沖層02、多層（三組）鋁鎵氮漸變緩沖層03、氮化鎵緩沖層04、氮化鋁隔離層05及鋁鎵氮器件層06，第一鋁鎵氮漸變緩沖層為四層Al_xGa_1-xN(0.1≤X≤0.9)結構，由下至上，每層Al_xGa_1-xN 結構的X值逐漸減小；第二鋁鎵氮漸變緩沖層，生長在第一漸變緩沖層上，亦為四層Al_xGa_1-xN，由下至上每層Al_xGa_1-xN結構的X值逐漸增大；第三鋁鎵氮漸變緩沖層，生長在第二漸變緩沖層上，亦為四層 Al_xGa_1-xN，由下至上每層Al_xGa_1-xN結構的X值又逐漸減小。該方法可以有效減小外延過程中的應力以及有效降低在外延生長末期的最大壓應力，從而有效降低外延裂紋的產生，降低表面氮化鎵緩沖層的位錯密度，同時還提高了氮化鎵外延結構的厚度（5μm），滿足功率器件對硅基氮化鎵外延結構的高擊穿電壓要求（＞600V）。但是，多組鋁鎵漸變緩沖層的生長操作復雜，器件加工時需要按尺寸將整個氮化鎵材料劃線切割，不利于加工，有時會因為切割等問題而導致氮化鎵材料整體報廢，損失較大。

發明內容

本發明是為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種操作簡單、可有效解決外延生長過程中因應力而發生的斷裂、彎曲等問題、降低產品生產成本的采用硅圖形襯底生長氮化鎵外延方法。

本發明的技術解決方案是：一種采用硅圖形襯底生長氮化鎵外延方法，其特征在于按照如下步驟進行：

a. 采用掩膜或者蝕刻在硅襯底上表面的橫向和豎向形成等距的多條線條，所述線條高1~10μm、寬100~500μm，各線條之間的間距為1~3cm；