[發明專利]半導體結構、自支撐氮化鎵層及其制備方法

在審

• 申請號: 202110048560.4
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112820632A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 羅曉菊;王穎慧;特洛伊·喬納森·貝克
• 申請（專利權）人: 鎵特半導體科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/78;H01L29/06;H01L29/20
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 楊明莉

本申請具體涉及一種半導體結構、自支撐氮化鎵層及其制備方法，包括：包括：提供襯底；于襯底上形成圖形化掩膜層，圖形化掩膜層內具有若干個開口；采用氫化物氣相外延工藝于圖形化掩膜層的表面形成犧牲層；包括：將形成有圖形化掩膜層的所述襯底置于氫化物氣相外延設備中；向氫化物氣相外延設備中通入包括氯化氫及氨氣的反應氣體，氯化氫的氣體流量恒定，氨氣的氣體流量在預設范圍內呈連續性變化；于犧牲層上形成半絕緣摻雜厚膜氮化鎵層。本申請可以使得犧牲層在剛開始外延生長時保持較高質量，并在后續外延過程中增大橫向外延，減少凹坑缺陷的形成，為后續形成半絕緣摻雜厚膜氮化鎵層提供高質量少凹坑缺陷的晶種襯底。

技術領域

本申請屬于半導體技術領域，具體涉及一種半導體結構、自支撐氮化鎵層及其制備方法。

背景技術

自支撐氮化鎵目前正在沿著高質量、大尺寸的方向進行快速發展。然而，在生長過程中，由于生長工藝條件的控制技術不同或者雜質的引入，容易使氮化鎵在生長過程中橫向未完全閉合，導致“V”型凹坑(pits)缺陷的形成，更有甚者，如果在氮化鎵生長初期便未完全橫向外延閉合形成凹坑缺陷，則會導致后續氮化鎵在外延過程中在該未閉合區域因沒有晶種而使氮化鎵無法附著，進而導致貫穿性“通孔(hole)”的形成，該通孔則直接導致晶圓片在產業界不能使用。并且該凹坑或通孔在后續外延生長過程中會呈逐漸增大的趨勢。該凹坑或通孔對于后續制作的器件是致命的，因為這些缺陷將導致制作的器件的擊穿電壓大幅降低，甚至導致器件失效。

作為射頻功率器件應用的自支撐GaN單晶襯底材料，需要提高襯底電阻，以防止GaN基HEMTs(高電子遷移率晶體管)器件的襯底與外延層處發生寄生電導，增大漏電流，進而影響器件頻率。

發明內容

基于此，有必要針對上述背景技術中的問題，提供一種能夠解決上述問題的半導體結構、自支撐氮化鎵層及其制備方法。

本申請的一方面提供一種半導體結構的制備方法，包括：

提供襯底；

于所述襯底上形成圖形化掩膜層，所述圖形化掩膜層內具有若干個開口；

采用氫化物氣相外延工藝于所述圖形化掩膜層的表面形成犧牲層；采用氫化物氣相外延工藝形成所述犧牲層包括：將形成有所述圖形化掩膜層的所述襯底置于氫化物氣相外延設備中；向所述氫化物氣相外延設備中通入包括氯化氫及氨氣的反應氣體，以形成所述犧牲層；其中，所述氯化氫的氣體流量恒定，所述氨氣的氣體流量在預設范圍內呈連續性變化；

于所述犧牲層上形成半絕緣摻雜厚膜氮化鎵層。

上述實施例中的半導體結構的制備方法中，在形成半絕緣摻雜厚膜氮化鎵層之前先采用氫化物氣相外延工藝形成犧牲層，且犧牲層形成的過程中，氯化氫的氣體流量恒定，氨氣的氣體流量在預設范圍內呈連續性變化，采用該技術方案，可以使得犧牲層在剛開始外延生長時保持較高質量，并在后續外延過程中增大橫向外延，減少凹坑缺陷的形成，為后續形成半絕緣摻雜厚膜氮化鎵層提供高質量少凹坑缺陷的晶種襯底，在保證高質量的同時，也提高了晶圓片的表面性能。

在其中一個實施例中，形成所述犧牲層的過程包括至少一個生長周期，所述生長周期內，所述氨氣的氣體流量由第一氣體流量勻速下降至第二氣體流量后，再由所述第二氣體流量勻速上升至所述第一氣體流量。

在其中一個實施例中，所述氨氣的氣體流量由第一氣體流量開始下降之前、由所述第一氣體流量勻速下降至第二氣體流量之后及由所述第二氣體流量勻速上升至所述第一氣體流量之后均還包括于預設時間內保持恒定的過程。

在其中一個實施例中，形成所述犧牲層的過程包括至少一個生長周期，所述生長周期內，所述氨氣的氣體流量以余弦曲線的形式由第一氣體流量沿余弦曲線下降至第二氣體流量后，再由所述第二氣體流量上升至所述第一氣體流量。