[發明專利]在氮化物半導體上沉積氮化硅（SiN）膜的方法

有效

• 申請號: 201810282155.7
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108695139B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 住吉和英
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;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: 張蘇娜;張珂珂

本發明公開了一種在氮化物半導體層上形成作為鈍化膜的氮化硅膜的方法。該方法首先設定低于500℃的溫度以裝入其上具有氮化物半導體層的晶圓。然后，當置換氣氛至純氨氣(NHsubgt;3/subgt;)或NHsubgt;3/subgt;分壓大于0.2的NHsubgt;3/subgt;和Nsubgt;2/subgt;的混合氣并且設定高于3kPa的壓力時，該方法將溫度升高至高于750℃的沉積溫度。最后，將氣氛減壓至低于100Pa并供給二氯硅烷(SiHsubgt;2/subgt;Clsubgt;2/subgt;)，從而將SiN沉積在氮化物半導體層上。本發明還公開了一種形成氮化物半導體器件的方法。本發明的方法在氮化物半導體材料上沉積SiN膜的同時，氮化物半導體材料的表面基本不會分解。

相關申請的交叉引用

本申請根據35USC§119(a)要求于2017年4月3日提交的日本專利申請No.2017-073821的權益，為本文之所有目的，上述專利申請的全部公開內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及一種在氮化物半導體材料上沉積氮化硅(SiN)膜的方法，具體而言，本發明涉及一種在氮化物半導體材料上沉積SiN膜的低壓化學氣相沉積(LPCVD)方法。

背景技術

日本專利申請待審查公開No.JP-2013-077621A和JP-2013-123047A公開了主要由氮化物半導體材料構成的高電子遷移率晶體管(HEMTs)。前一份文獻中公開的HEMT包括位于由碳化硅(SiC)制成的襯底上的半導體層和由氮化硅(SiN)制成并且保護并鈍化半導體層的鈍化膜。該文獻中所公開的鈍化層(其通過等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)技術形成)設置了填充有柵極的開口。

后一份文獻中公開的另一種HEMT包括這樣的層疊體，該層疊體包括在襯底上形成的氮化物半導體材料。該層疊體覆蓋有鈍化膜。后一份專利文獻公開了優選通過低壓化學氣相沉積(LPCVD)技術形成由Si₃N₄制成的鈍化膜，其中沉積溫度高于550℃，或進一步優選高于700℃。

由以氮化鎵(GaN)為代表的氮化物半導體材料形成的半導體器件在本領域中成為主流。這種半導體器件需要絕緣膜來保護或鈍化其表面，其中絕緣膜可由包含硅(Si)的無機材料制成，典型地有SiN、SiO₂、SiON等。由于SiN含有氮(N)，或兩者(SiN和氮化物半導體材料)均為氮化物化合物意義上的普通材料，因此氮化物半導體材料通常具有由SiN構成的絕緣膜作為鈍化膜。為了不使工藝溫度過高，通常通過等離子體輔助工藝(如等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)或利用電子回旋共振的濺射)來形成這種SiN膜。然而，等離子體工藝不可避免地會在將要沉積SiN膜的氮化物半導體材料的表面上引起等離子體損傷。

而被稱為低壓CVD(LPCVD)的另一種CVD方法在硅定向器件的半導體加工中頗為流行。LPCVD方法在較高溫度和較低沉積壓力下進行，用于增強源氣體的解離。由于工藝溫度高，因此通過LPCVD方法沉積的SiN膜通常顯示出良好的質量。

當將LPCVD技術應用于化合物半導體材料(例如GaN)的加工時，化合物半導體材料必然暴露于高沉積溫度中，這將加速V族元素，即氮(N)、砷(As)、磷(P)等從材料表面的解離。因此，在LPCVD工藝后，化合物半導體材料的表面發生分解。此外，由于二氯硅烷(SiH₂Cl₂)能夠增強沉積的SiN膜的均勻性，因此當將SiH₂Cl₂用作LPCVD方法中的硅(Si)的源氣體時，由于包含在SiH₂Cl₂中的氯(Cl)進攻并侵蝕氮化物半導體材料，所以氮化物半導體材料的表面會不可避免的分解。

本發明提供了一種通過LPCVD技術在氮化物半導體材料上沉積SiN膜而該氮化物半導體材料的表面基本不分解的技術。

發明內容