[發明專利]在硅襯底上形成碳化硅的方法

在審

• 申請號: 201880082812.1
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN111512416A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 羅蘭·皮舍;斯蒂芬·迪格魯特;喬夫·德盧伊
• 申請（專利權）人: 埃皮根股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 成都超凡明遠知識產權代理有限公司 51258
• 代理人: 王暉;劉書芝

一種用于通過使硅襯底(1)與包括銦和多個碳原子的第一前體(200)反應而在所述硅襯底(1)上形成碳化硅(2)的方法。

技術領域

本發明總體上涉及半導體工藝技術和器件。更具體地，本發明總體上涉及一種在硅襯底的頂部上外延淀積III族氮化物層期間用于保護硅襯底的改進的方法。

背景技術

包括氮化鎵(也稱為GaN)的半導體器件具有承載大電流和支持高電壓的能力。這使得它們在用于功率半導體器件方面越來越受歡迎。近年來，研究工作集中于開發用于高功率/高頻應用的器件。通常，針對這些類型的應用而制造的器件基于顯示高電子遷移率的器件結構，并且被稱為異質結場效應晶體管(也稱為HFET)，高電子遷移率晶體管(也稱為HEMT)或調制摻雜場效應晶體管(也稱為MODFET)。HEMT可用于例如模擬電路應用，諸如RF/微波功率放大器或功率開關。這樣的器件在以例如100kHz至100GHz的高頻工作時通常可以承受例如最高達1000伏的高壓。

包括氮化鎵的半導體器件生長在包括硅的襯底例如硅襯底(也被稱為Si襯底)的頂部上。為了在Si襯底的頂部上獲得高品質的GaN層，使用具有不同步驟和優化的加工參數的生長方法來適應GaN與Si之間的晶格和熱失配。從現有技術中已知在硅襯底與GaN層之間使用AlN緩沖層。但是，在Si襯底的頂部上生長AlN非常具有挑戰性。實際上，Al在Si襯底的表面上具有低遷移率，并且AlN在島中生長。然后需要橫向生長以獲得在Si襯底的頂部上的AlN層。例如，美國專利公開US 2004/0119063 A1描述了一種器件，其中一些單層鋁沉積在硅襯底上以保護硅襯底免受氨影響，并且然后形成AlN的成核層和包括具有不同組成的AlGaN半導體的多重超晶格的緩沖結構，以及GaN中間層或另一種富含Ga的氮化物半導體。

另一方面，似乎碳化硅，也稱為SiC，特別適合于在硅襯底的頂部上生長III族氮化物層，更特別是AlN層。碳化硅由于諸如寬帶隙、高飽和電子漂移速度、高擊穿電場、高導熱性和良好的耐化學性等特性而在許多高溫、高功率和高頻半導體器件應用中有用。碳化硅防止Si擴散到沉積在碳化硅的頂部上的層中，并且碳化硅還可以保護Si襯底免受氮化，并可以在AlN中引入抗壓應力。

已證明可以使用一種或多種烴將硅表面碳化。然而，這需要將硅襯底加熱至高溫，例如襯底溫度高于1000℃。例如，Cheng等人的題為“在硅襯底上形成III族氮化物材料的方法(Method for forming a group III nitride material on a silicon substrate)”的美國專利US 7666765B2描述了一種保護Si襯底免于氮化并且在AlN中引入抗壓應力的方法。該方法稱為“預計量加料”，并且包括使用有機金屬化合物。實際上，在反應室中提供包括Al的一種或多種有機金屬化合物，例如三甲基鋁(也稱為TMAl)、二甲基鋁雜化物(也稱為DMAl-H)、或三乙基鋁(也稱為TEAl)，以提供甲基或乙基基團與Si襯底反應，優選加熱到1000℃至1200℃。由于在US 7666765B2中使用了超低流動的前體，硅表面被碳化，并因此被甲基基團鈍化。在Si襯底的頂部上形成SiC單層，并且然后可以在所得SiC/Si疊層的頂部上生長AlN層。

US 7666765B2中描述的方法非常具有挑戰性，因為當在反應室中引入有機金屬化合物和其他氣體時，它需要準確的切換順序。在高于1000℃的溫度下，TMAl已經在反應室中分解，并且甲基基團和Al原子結合至硅襯底的表面。同時，在該溫度下也發生Si襯底的脫附。另外，Al原子可能擴散到Si襯底中，這是不希望的。

替代地，在生長III族氮化物材料之前，開發了其他方法來碳化Si襯底，其中這些方法包括使用包括Ga的一種或多種有機金屬化合物，例如三甲基鎵(也稱為TMG或TMGa)、二甲基鎵(也稱為DMGa)、或三乙基鎵(也稱為TEGa)。