【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體材料，涉及異質外延片的制備工藝，具體為一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延結構及其工藝。
技術介紹
1、氮化鎵(gan)是第三代寬禁帶半導體，具有直接帶隙、高擊穿電場、高熱導率等特點，因此在高功率及高頻率領域展現出獨特優勢，從而被廣泛應用于微波射頻（5g?通信、雷達預警、衛星通訊等）、電力電子（智能電網、高速軌道交通、新能源汽車等）和光電子（led、激光器、光電探測器等）等領域。
2、目前，gan器件主要通過異質外延片進行制備，而gan外延膜質量強烈依賴于異質襯底性質，包括晶格常數、熱膨脹系數、熱導率及表面粗糙度等，此外還對gan外延層缺陷密度、晶體取向、應力應變、表面形貌、極性等方面產生顯著影響。因此，選擇合適的異質外延襯底并合理設計外延片各層結構參數是獲得高質量gan外延片的關鍵。
3、si襯底因兼具大尺寸、低成本以及與現有cmos工藝兼容等優勢，使si基gan射頻（rf）電子材料和其器件成為繼功率電子器件之后的下一個焦點。但在si襯底外延iii-v族外延層后，例如aln、gan等，高溫下al、ga元素會向高阻si襯底襯底擴散，形成寄生導電溝道，造成si基射頻器件的射頻損耗（rf?loss）顯著增大。
4、為了解決以上問題，人們采用了多種方法來抑制導電溝道的產生，例如采用降低外延生長溫度、氮化aln/si界面、外延3c-sic/si界面結構等方法來抑制al、ga元素的擴散，從而弱化寄生溝道的影響。
5、盡管以上方法在一定程度上能夠降低射頻損耗，但是低
6、現有技術一的技術方案
7、氮化aln/si表面：如圖1(b)所示，在生長aln之前對si表面進行氮化處理，能夠形成nm厚度的非晶態sin，從而抑制高溫下al、ga元素的擴散。
8、缺陷：生成非晶態sin層，會惡化后續aln、gan等外延層的結晶質量，盡管緩解了射頻損耗問題，但同時也導致了后續外延質量惡化的問題。
9、現有技術二的技術方案
10、降低外延層溫度：如表1所示，通過降低各外延層生長溫度能夠在一定程度上抑制al、ga元素的擴散，使得28ghz下的射頻損耗由0.45?db/mm降低到0.2?db/mm。
11、表1?gan?on?si低溫外延數據
12、
13、缺陷：射頻損耗降低是以犧牲gan晶體質量為代價的，會對器件造成后續新的問題。
技術實現思路
1、針對上述現有技術的問題。本專利技術提出一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延結構及其工藝。此工藝通過低能重離子注入，在si（111）襯底中形成缺陷層結構，達到調控aln層張應力和抑制al原子擴散的目的，從而減小aln/si界面引起的射頻損耗。
2、本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下：
3、一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，包括選取襯底、預生長非晶sio2層、離子注入、退火、非晶sio2層、生長外延層；
4、所述選取襯底為：選取高阻si（111）襯底，si（111）襯底電阻率為1000~10000ω·cm；
5、所述預生長非晶sio2層為：通過熱氧法在高阻si表面預生長10~500nm厚的非晶sio2層。其中si(111)指的是硅（si）晶體的(111)晶面。
6、在上述技術方案的基礎上，本專利技術還可以做如下改進。
7、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，所述離子注入：完成熱氧預生長的si（111）襯底進行離子注入，注入能量在10~500?kev之間，注入劑量在1×1010~1×1017/cm2，所述離子為h、he、c、n、o、f、mg、si、p、ar、ca、ge、as、fe中的至少一種。
8、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，所述退火方式為快速高溫熱退火，退火溫度為500~1000℃，退火氣氛為n2，退火時間為5~60s。
9、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，所述去除非晶sio2層：使用hf溶液，將退火后襯底上的非晶sio2層完全去除。
10、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，所述生長外延層：利用mocvd方法在si（111）襯底表面外延100~200nm厚的aln。
11、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，所述高阻si（111）襯底為n型或p型摻雜。
12、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，離子注入后，離子的分布范圍在si（111）襯底與外延層界面以下0~200nm范圍內。
13、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，所述熱氧法為干氧氧化、濕氧氧化或水汽氧化。
14、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，所述離子注入的注入方向為垂直于非晶sio2/si面。
15、進一步地，上述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，所述退火方式：將完成離子注入的襯底進行退火溫度1000℃，退火氣氛為n2，退火時間為10s。
16、由上述任一項的工藝制得的外延結構，包括高阻si（111）襯底、缺陷層、外延層，所述缺陷層由通過熱氧法預生長在si（111）襯底上的非晶sio2層進行離子注入再退火最后去除非晶sio2層得到，位于si（111）襯底與外延層界面以下0~200nm范圍內，該外延結構能夠抑制射頻損耗。
17、與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下有益技術效果：
18、本專利技術通過向非晶sio2/高阻si(111)襯底表面預注入h、he、c、n、o、f、mg、si、p、ar、ca、ge、as、fe離子中的一種或多種，在非晶sio2/si（111）襯底界面以下形成缺陷層和n型摻雜。缺陷層的形成不但能夠弛豫aln層外延生長過程中由于晶格失配和熱失配所形成的張應力，而且能夠阻礙al、ga（ga源于后續algan、gan等外延過程中的熱擴散）擴散，抑制aln/si(111)界面附近p型寄生溝道的形成，從而最終達到降低射頻損耗的目的。
19、本專利技術在不影響后續外延層晶體質量的前提下，有效解決al、ga元素擴散造成的射頻損耗。為si基aln和si基gan外延材料低成本、高質量生產制備提供了一條可行的技術路徑。
20、綜上所述，本專利技術為低射頻損耗si基aln外延材料的實現提供了一條可行的技術路徑，能夠產生較為可觀的經濟效益。
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1.一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，包括選取襯底、預生長非晶SiO2層、離子注入、退火、去除非晶SiO2層、生長外延層；
2.根據權利要求1所述的一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述離子注入：完成熱氧預生長的Si（111）襯底進行離子注入，注入能量在10~500?keV之間，注入劑量在1×1010?~1×1017?/cm2，所述離子為H、He、C、N、O、F、Mg、Si、P、Ar、Ca、Ge、As、Fe中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述退火方式為快速高溫熱退火，退火溫度為500~1000℃，退火氣氛為N2，退火時間為5~60s。
4.根據權利要求1所述的一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述去除非晶SiO2層：使用HF溶液，將退火后襯底上的非晶SiO2層完全去除。
5.根據權利要求1所述的一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述生長外延層：利用MOC
6.根據權利要求1所述的一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述高阻Si（111）襯底為N型或P型摻雜。
7.根據權利要求1所述的一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，離子注入后，離子的分布范圍在Si（111）襯底與外延層界面以下0~200nm范圍內。
8.根據權利要求1所述的一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述熱氧法為干氧氧化、濕氧氧化或水汽氧化。
9.根據權利要求1所述的一種用于抑制Si基AlN外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述離子注入的注入方向為垂直于非晶SiO2/Si面。
10.根據權利要求1~9任一項的工藝制得的外延結構，其特征在于，包括高阻Si（111）襯底、缺陷層、外延層，所述缺陷層由通過熱氧法預生長在Si（111）襯底上的非晶SiO2層進行離子注入再退火最后去除非晶SiO2層得到，位于Si（111）襯底與外延層界面以下0~200nm范圍內，該外延結構能夠抑制射頻損耗。
...【技術特征摘要】
1.一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，包括選取襯底、預生長非晶sio2層、離子注入、退火、去除非晶sio2層、生長外延層；
2.根據權利要求1所述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述離子注入：完成熱氧預生長的si（111）襯底進行離子注入，注入能量在10~500?kev之間，注入劑量在1×1010?~1×1017?/cm2，所述離子為h、he、c、n、o、f、mg、si、p、ar、ca、ge、as、fe中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述退火方式為快速高溫熱退火，退火溫度為500~1000℃，退火氣氛為n2，退火時間為5~60s。
4.根據權利要求1所述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述去除非晶sio2層：使用hf溶液，將退火后襯底上的非晶sio2層完全去除。
5.根據權利要求1所述的一種用于抑制si基aln外延片射頻損耗的外延工藝，其特征在于，所述生長外延層：利用mocvd方法...
【專利技術屬性】
技術研發人員：熊國棟，張潔瓊，柳俊，彭文斌，劉文俊，
申請(專利權)人：湖北九峰山實驗室，
類型：發明
國別省市：
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