一種半導體器件用氮化鎵外延的制備方法技術

本發明專利技術涉及半導體材料及器件領域，特別是涉及一種基于硅襯底的異質結納米側向外延制備寬帶隙半導體氮化鎵外延的方法，以解決現有技術中硅襯底上氮化鎵外延位錯密度高的問題。其主要步驟包括制備成通孔納米級掩模通過覆蓋材料轉移到生長二氧化硅的襯底上，進一步通過刻蝕形成有序的納米級微結構；在二氧化硅的納米孔洞中進行硅外延納米線的生長，刻蝕后在二氧化硅表面露出硅納米線的頭部，經碳化形成碳化硅，繼而側向生長，形成氮化鎵外延層。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體材料及器件領域，特別是涉及ー種基于硅襯底的異質結納米側向外延制備寬帶隙半導體氮化鎵外延的方法。
技術介紹
當前出現的一系列的新興產業或產品一 “新能源”、“高鉄”、“電動汽車”、“智能電網”、“LED”、“4G”等等無一例外地依賴于半導體材料、器件和模塊的應用。而傳統硅器件及模塊如硅、神化鎵等，其性能已接近由材料特性所決定的理論極限，已不能滿足當前電カ電子/射頻電子/光電子日益增長的高頻、高功率、高能效等需求。寬帶隙半導體氮化鎵外延及器件的制備是電力電子/射頻電子/光電子行業發展的大勢所趨。而目前常見在圖形襯底上生長氮化鎵外延材料的方法，如在藍寶石基板上制作規則的圖形化處理-PSS (Patterned Sapphire Substrate),及ICP刻蝕等過程來制備。但是由于光刻機條件及生產成本的限制，藍寶石襯底的圖形的最小尺寸一般在微米級，如果要在藍寶石襯底上獲得納米級特定規則的微結構圖案，則需要用昂貴且耗時的電子束光刻方法，這將大大提高氮化鎵材料、器件及模塊的成本。硅襯底作為藍寶石襯底的替代產品，具有成本低、襯底面積大、エ藝兼容等一系列優點，但由于硅襯底與氮化鎵外延之間存在較大的晶格失配和熱失配，氮化鎵外延制備過程中，失配位錯的形成、位錯密度過高也是亟待解決的技術難題。
技術實現思路
本專利技術g在提供一種在硅襯底上基于異質結納米側向外延制備氮化鎵外延的方法，以解決現有技術中硅襯底上氮化鎵外延位錯密度高的問題，可有效抑制失配位錯的形成、降低位錯密度。本專利技術的，包括以下步驟: 步驟1:制備通孔納米級掩模，采用納米微結構制備技術及陽極氧化法形成大面積有序納米多孔氧化鋁，并將其制備成通孔納米級掩摸。步驟2:利用氣相沉積方法(PECVD)在(111)硅襯底表面沉積ー層ニ氧化硅薄膜。步驟3:通過表面覆蓋材料，將制備的納米級微結構傳遞到ニ氧化硅表面作為刻蝕的掩摸。步驟4:利用干法刻蝕技術將掩模的納米結構轉移到ニ氧化硅薄膜中，然后將掩膜清除。步驟5:利用化學氣相沉積進行硅外延納米線的生長。步驟6:將樣品放入氟化氫(HF)中刻蝕后取出以露出硅外延納米線的頭部。步驟7:將樣品放入化學氣相沉積爐中通入碳源氣體進行碳化，使得硅外延納米線形成碳化娃。步驟8:將樣品置于低壓金屬有機物氣相外延生長技術設備(MOCVD)中，進行異質結納米側向外延生長氮化鎵。本專利技術的有益技術效果是:通過納米側向外延有利于三維應カ釋放，采用納米晶柱陣列襯底可以在不形成失配位錯的條件下釋放其上生長的外延薄膜晶體中的失配應變，有效地抑制其中失配位錯的形成，獲得高質量的外延薄膜晶體，從而不僅制備出具有低缺陷密度的高質量的氮化鎵材料，而且降低了氮化鎵材料、器件及模塊的成本，實現氮化鎵外延的產業制備。附圖說明圖1是本專利技術中的異質結納米側向外延的制備氮化鎵外延流程圖。圖2是本專利技術中的納米掩膜的制備流程圖。圖3是本專利技術中的納米級掩模微結構示意圖。其中:101是(111)硅襯底；102是ニ氧化硅薄膜；103是硅；104是碳化硅；105是氮化鎵；201是鋁片；202是氧化鋁；203是覆蓋材料；204是襯底。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進ー步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術較佳實施例，異質結納米側向外延制備氮化鎵外延流程步驟如圖1所示: 步驟1:制備通孔納米級掩模，采用納米微結構制備技術及新型陽極氧化法形成大面積有序納米多孔氧化鋁，并將其制備成通孔納米級掩摸。步驟2:利用氣相沉積方法(PECVD)在(111)硅襯底101表面沉積ー層ニ氧化硅薄膜 102。步驟3:通過表面覆蓋材料203 (覆蓋材料可采用PMMA材料)，將制備的納米級微結構傳遞到ニ氧化硅表面作為刻蝕的掩模。步驟4:利用干法刻蝕技術將掩模的納米結構轉移到ニ氧化硅薄膜102中，然后將掩膜清除。步驟5:利用化學氣相沉積進行硅103外延納米線的生長。步驟6:將樣品放入氟化氫(HF)中刻蝕后取出以露出硅外延納米線的頭部。步驟7:將樣品放入化學氣相沉積爐中通入碳源氣體進行碳化，使得硅外延納米線形成碳化娃104。步驟8:將樣品置于低壓金屬有機物氣相外延生長技術設備(MOCVD)中，進行異質結納米側向外延生長氮化鎵105。并且納米側向生長時，采用三甲基鎵和高純氨分別作為Ga源和N源，襯底為(111)硅片，在高溫下外延生長氮化鎵105。硅襯底是各種制備氮化稼外延的襯底中最便宜的材料，其尺寸可達直徑12英寸；此外，由于與硅CMOS技術エ藝 兼容，硅襯底在制造氮化鎵器件上也具有優勢。因此，硅襯底上的氮化鎵外延的制備，是氮化鎵材料、器件產業化上的重要一歩。而采用本專利技術所敘述的基于納米掩膜及異質結納米側向生長制備氮化鎵外延層的方法，可以解決減少位錯密度和消除裂縫等技術難題，實現氮化鎵外延的產業制備。因此，較佳實施例中采用了(111)硅襯底本專利技術中如無特別說明，所述硅襯底的晶面均為SEMI標準硅(111)。本專利技術中納米掩膜的制備較為關鍵，其流程如圖2所示。使用鋁片201為原始材料，首先通過在酸性溶液中陽極氧化，迅速獲得氧化鋁202的納米級微結構，其次通過表面覆蓋材料203 (覆蓋材料可采用PMMA材料)轉移到生長ニ氧化硅的襯底20包括但不限于(111)硅襯底101上作為刻蝕的掩模。獲得的納米級掩模為直徑80nm高度有序多孔結構，其微結構示意圖，如圖3所示。本專利技術利用納米掩膜和異質結納米側向外延生長的方法，可以在硅襯底上獲得大面積有序的多孔結構，低成本聞效率地進行氣化嫁外延生長，進而大幅提聞氣化嫁外延層的品質并有效的控制成本。顯然，本領域的技術人員可以對本專利技術進行各種改動和變型而不脫離本專利技術的精神和范圍。這樣，倘若對本專利技術的這些修改和變型屬于本專利技術權利要求及其等同技術的范圍之內，則本專利技術也意圖包含 這些改動和變型在內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體器件用氮化鎵外延的制備方法，其特征在于，采用異質結納米側向外延制備氮化鎵外延，并包括以下步驟：步驟1：制備通孔納米級掩模，采用納米微結構制備技術及陽極氧化法形成大面積有序納米多孔氧化鋁，并將其制備成通孔納米級掩模；步驟2：利用氣相沉積方法（PECVD）在（111）硅襯底表面沉積一層二氧化硅薄膜；步驟3：通過表面覆蓋材料，將制備的納米級微結構傳遞到二氧化硅表面作為刻蝕的掩模；步驟4：利用干法刻蝕技術將掩模的納米結構轉移到二氧化硅薄膜中，然后將掩膜清除；步驟5：利用化學氣相沉積進行硅外延納米線的生長；步驟6：將樣品放入氟化氫（HF）中刻蝕后取出以露出硅外延納米線的頭部；步驟7：將樣品放入化學氣相沉積爐中通入碳源氣體進行碳化，使得硅外延納米線形成碳化硅；步驟8：將樣品置于低壓金屬有機物氣相外延生長技術設備（MOCVD）中，進行異質結納米側向外延生長氮化鎵。

【技術特征摘要】
1.一種半導體器件用氮化鎵外延的制備方法，其特征在干，采用異質結納米側向外延制備氮化鎵外延，并包括以下步驟: 步驟1:制備通孔納米級掩模，采用納米微結構制備技術及陽極氧化法形成大面積有序納米多孔氧化鋁，并將其制備成通孔納米級掩模； 步驟2:利用氣相沉積方法(PECVD)在(111)硅襯底表面沉積ー層ニ氧化硅薄膜； 步驟3:通過表面覆蓋材料，將制備的納米級微結構傳遞到ニ氧化硅表面作為刻蝕的掩模； 步驟4:利用干法刻蝕技術將掩模的納米結構轉移到ニ氧化硅薄膜中，然后將掩膜清除； 步驟5:利用化學氣相沉積進行硅外延納米線的生長； 步驟6:將樣品放入氟化氫(HF)中刻蝕后取出以露出硅外延納米線的頭部； 步驟7:將樣品放入化學氣相沉積爐中通入碳源氣體進行碳化，使得硅外延納米線形成碳化娃； 步驟8:將樣品置于低壓金屬有機物氣相外延...

【專利技術屬性】
技術研發人員：況維維，唐治，陳中，李濤，
申請(專利權)人：況維維，唐治，陳中，李濤，
類型：發明
國別省市：