【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體，具體涉及一種外延制備工藝。
技術介紹
1、氮化物半導體作為一種新型的寬禁帶半導體，氮化物功率器件相比于傳統硅材料器件具有高擊穿電場，更加節能，物理化學性質更加穩定，可以工作于更高的環境溫度下，具有更高的開關速度可以降低應用系統的體積重量等多種優勢，可應用于各種家用電器，電動汽車，太陽能風能等新能源發電，電動汽車，機器人以及智能制造產業，大型數據處理中心等廣泛領域。然而氮化物功率器件目前主要應用于中低壓的消費電子領域，其中一個原因是氮化物外延材料采用異質外延的方法，在大尺寸的硅襯底上生長氮化物半導體薄膜材料。因為在硅襯底和氮化物外延層的界面，會形成導電溝道，因此器件在高電壓下會傾向于在垂直方向先產生擊穿，氮化鎵功率器件的耐壓受限于垂直方向外延材料的耐壓。增加外延材料的厚度，可以相應提高材料的耐壓，但由于硅襯底和氮化物外延材料在晶格尺寸和熱膨脹系數方面的不匹配，生長的外延層越厚，外延片內部的應力就越大，導致外延片的應力和翹曲難以控制。同時由于在生長厚膜過程中外延片的翹曲也相應增大，導致外延片不同位置生長條件產生更大的差異，降低外延片各項參數的均勻性。而翹曲控制問題，以及外延片的均勻性問題又會影響到最終產品的良率和成本。此外，生長的外延材料越厚，所需生長時間也會相應增加，由于外延生產設備非常昂貴，這也會額外增加產品的成本。
2、專利號為《cn108428619a》的專利技術專利中公開一種氮化物外延層的制備方法，包括以下步驟：獲取硅襯底；于所述硅襯底上生長第一過渡層；采用注入工藝，在所述硅襯底和所述第一
3、專利號為《cn106847672a》的專利技術專利中公開一種高擊穿電壓氮化鎵功率材料的外延方法，包括：提供襯底；在所述襯底表面形成緩沖層；對所述緩沖層進行離子注入，使所述緩沖層與襯底之間的界面態絕緣化；在所述緩沖層表面形成氮化鎵層。離子注入工藝需要單片處理，且在形成一定厚度的絕緣材料時，需要調整注入能量多次注入，以及后續的退火工藝修復晶格損傷。
技術實現思路
1、為解決或改善現有存在的技術問題，本專利技術提供一種外延制備工藝，至少用于制備硅襯底氮化物半導體外延，硅襯底氮化物半導體外延片的結構至少包括：硅襯底，以及形成于硅襯底上的過渡層，其特征在于，將硅襯底與過渡層界面處的硅材料氧化或者氮化以形成絕緣介質層。
2、進一步的，在過渡層上方還依次設有緩沖層，溝道層以及勢壘層。
3、可選的，在溝道層與勢壘層之間包含aln插入層。
4、可選的，在勢壘層上方還包含非故意摻雜gan蓋層或者原位sin介質層，或者p型algainn的任意比例合金層。
5、可選的，所述過渡層選自以下材料之一：氮化鎵，氮化鋁，氮化銦，或者上述材料的合金材料或者多層堆疊結構；或者3c-sic材料、sin材料；或者先在硅襯底表面生長一層3c-sic或者sin材料，然后繼續生長上述氮化鎵，氮化鋁，氮化銦，或者上述材料的合金材料或者多層堆疊結構。
6、可選的，氧化工藝選自以下工藝之一：干法氧化工藝、濕法氧化工藝。干法氧化工藝采用氧氣或含氧化物氣體在高溫下與硅發生氧化反應產生sio2，反應溫度可以在600-1400℃。濕法氧化工藝采用濕氧氣或濕氧化物氣體在高溫下與硅發生氧化反應，產生sio2，反應溫度可以在600-1400℃。或者采用如采用o3，no，no2，so2等其他氧化氣體在高溫下硅發生氧化反應產生sio2?；蛘邔⒁r底暴露在含氧元素的等離子體氛圍中處理，使氮化物與硅襯底界面處的硅材料氧化，轉變為sio2。
7、可選的，氮化工藝選自以下工藝之一：
8、在高溫環境下采用含氮氣體(例如nh3)處理襯底；
9、將襯底暴露在含n元素的等離子體氛圍中處理，使氮化物與硅襯底界面處的硅材料氮化，轉變為sin。
10、可選的，所述緩沖層采用以下材料之一：aln，algan，gan單層或多層堆疊的結構，aln/gan，aln/algan，algan/gan超晶格結構，或者上述結構的組合結構。
11、可選的，溝道層選自以下材料之一：gan材料、algan、ingan材料。
12、可選的，勢壘層選自以下材料之一：algan層，aln層，alinn，alingan，上述材料層的復數疊加。
13、與現有技術相比，本專利技術提供一種外延制備工藝，具有以下有益效果：通過將外延與襯底界面處的硅材料轉變為絕緣二氧化硅或者氮化硅材料，將襯底si的一部分厚度轉變為高耐壓的絕緣介質層材料，可以有效提高氮化物外延片的耐壓，并降低對外延層厚度的要求因而降低生長技術難度，可以同時減少外延生長時間，提高外延參數均勻性，從而提高外延片和芯片的良率。本方案采用濕法或者干法氧化的方法制作硅襯底和外延界面處的sio2絕緣介質層，相比于離子注入的方法，可以減少離子注入工藝對晶格的損傷，同時由于濕法和干法氧化工藝可以批量處理數百片的襯底并形成高質量的sio2層，離子注入工藝需要單片處理，且在形成一定厚度的絕緣材料時，需要調整注入能量多次注入，以及后續的退火工藝修復晶格損傷，因此本方案的處理方法具有更低的成本。
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1.一種外延制備工藝，至少用于制備硅襯底氮化物半導體外延，硅襯底氮化物半導體外延片的結構至少包括：硅襯底，以及形成于硅襯底上的過渡層，其特征在于，將硅襯底與過渡層界面處的硅材料氧化或者氮化以形成絕緣介質層。
2.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，過渡層上方還依次設有緩沖層，溝道層以及勢壘層。
3.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，所述過渡層選自以下材料之一：氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、或者上述材料的合金材料或者多層堆疊結構；或者3C-SiC材料、SiN材料；或者先在硅襯底表面生長一層3C-SiC或者SiN材料，然后繼續生長上述氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、或者上述材料的合金材料或者多層堆疊結構。
4.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，氧化工藝選自以下工藝之一：干法氧化工藝、濕法氧化工藝。
5.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，氮化工藝選自以下工藝之一：
6.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，所述緩沖層采用以下材料之一：AlN、AlGaN、GaN單層或多層堆疊的結
7.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，溝道層選自以下材料之一：GaN材料、AlGaN材料、InGaN材料。
8.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，勢壘層選自以下材料之一：AlGaN層、AlN層、AlInN、AlInGaN、上述材料層的復數疊加。
9.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，在溝道層與勢壘層之間包含AlN插入層。
10.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，在勢壘層上方包含以下至少之一：非故意摻雜GaN蓋層、原位SiN介質層、p型AlGaInN的任意比例合金層。
...【技術特征摘要】
1.一種外延制備工藝，至少用于制備硅襯底氮化物半導體外延，硅襯底氮化物半導體外延片的結構至少包括：硅襯底，以及形成于硅襯底上的過渡層，其特征在于，將硅襯底與過渡層界面處的硅材料氧化或者氮化以形成絕緣介質層。
2.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，過渡層上方還依次設有緩沖層，溝道層以及勢壘層。
3.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，所述過渡層選自以下材料之一：氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、或者上述材料的合金材料或者多層堆疊結構；或者3c-sic材料、sin材料；或者先在硅襯底表面生長一層3c-sic或者sin材料，然后繼續生長上述氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、或者上述材料的合金材料或者多層堆疊結構。
4.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，氧化工藝選自以下工藝之一：干法氧化工藝、濕法氧化工藝。
5.如權利要求1所述的一種外延制備工藝，其特征在于，氮...
【專利技術屬性】
技術研發人員：苗操，劉兆平，
申請(專利權)人：寧波石墨烯創新中心有限公司，
類型：發明
國別省市：
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