具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片及制备方法技术

本公开提供了一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片及制备方法，属于半导体器件技术领域。在硅衬底与AlN层之间增加杂质阻挡层，且杂质阻挡层为TiC膜层。由于TiC中的C原子位于Ti子晶格的所有八面体位置，是一种紧密堆积的间隙化合物，能够很好的阻挡来自衬底中向上扩散的杂质，降低硅衬底上生长的外延层中的杂质，提高硅衬底上生长的外延层的晶体质量，提高高电子迁移率晶体管的质量与可靠性。并且TiC膜层与AlN层具有很好的晶格匹配度，提高AlN层的生长质量以提高在AlN层上生长得到的外延层的整体质量，最终有效提高得到的高电子迁移率晶体管的质量与可靠性。子迁移率晶体管的质量与可靠性。子迁移率晶体管的质量与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片及制备方法


[0001]本公开涉及到了半导体器件
，特别涉及到一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片及制备方法。

技术介绍

[0002]HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)是一种异质结场效应晶体管，其广泛应用于各种电器内。HEMT外延片是制备HEMT器件的基础，HEMT外延片包括衬底与依次层叠在衬底上的AlN层、AlGaN缓冲层、GaN高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层与GaN盖帽层。
[0003]HEMT外延片常使用硅衬底作为基底进行生长，但在外延材料高温生长过程中，硅衬底中的Si原子在高温作用下会加剧扩散，导致硅衬底上层叠的外延材料中会含有一定量的Si原子，并且这些Si原子还容易与生长气氛中的氨气发生反应，在外延材料中以及硅衬底的表面形成部分非晶态的Si
x
N
y
薄膜。扩散到外延材料中的Si原子以及非晶态的Si
x
N
y
薄膜均属于外延材料中的杂质，会对外延材料的晶体质量造成影响，并且还会使高电子迁移率晶体管靠近硅衬底的一侧的外延材料不能实现高阻而存在漏电的可能，降低最终得到的高电子迁移率晶体管的质量与可靠性。

技术实现思路

[0004]本公开实施例提供了一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片及制备方法，可以降低高电子迁移率晶体管外延片内部的杂质以提高得到的高电子迁移率晶体管的质量与可靠性。所述技术方案如下：
[0005]本公开实施例提供了一种高电子迁移率晶体管外延片，所述具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片包括硅衬底以及依次层叠在所述硅衬底上的杂质阻挡层、AlN层、AlGaN缓冲层、GaN高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层及GaN盖帽层，所述杂质阻挡层为TiC膜层。
[0006]可选地，所述TiC膜层的厚度为15～30nm。
[0007]可选地，所述TiC膜层的致密度为10+E7/cm
‑3～10+E8/cm
‑3。
[0008]本公开实施例提供了一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片制备方法，所述具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片制备方法包括：
[0009]提供一硅衬底；
[0010]在所述硅衬底上依次生长杂质阻挡层、AlN层、AlGaN缓冲层、GaN高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层及GaN盖帽层，所述杂质阻挡层为TiC膜层。
[0011]可选地，所述TiC膜层通过溅射得到，所述TiC膜层的溅射功率为500～800W。
[0012]可选地，所述TiC膜层的沉积温度为400～600℃，所述TiC膜层的沉积压力为1～10torr。
[0013]可选地，所述TiC膜层的溅射靶材为Ti，所述TiC膜层的反应气体为CH4，所述TiC膜
层的溅射气体为Ar，反应腔内所述CH4与Ar的气体体积比为2:1～10:1。
[0014]可选地，所述具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片制备方法，还包括：
[0015]生长杂质阻挡层之后，生长AlN层之前，在纯氢气环境下对所述杂质阻挡层进行高温处理。
[0016]可选地，在压力为50～150mbar、温度为1000～1200℃的纯氢气环境下对所述杂质阻挡层进行高温处理。
[0017]可选地，在压力为40～70mbar、温度为1100～1200℃的条件下在所述杂质阻挡层上生长AlN层。
[0018]本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0019]在硅衬底与AlN层之间增加杂质阻挡层，且杂质阻挡层为TiC膜层。由于TiC中的C原子位于Ti子晶格的所有八面体位置，是一种紧密堆积的间隙化合物，能够很好的阻挡来自衬底中向上扩散的杂质(氧元素和Si原子)，降低硅衬底上生长的外延层中的杂质，提高硅衬底上生长的外延层的晶体质量；并且硅衬底上生长的外延层中杂质的减少，还可以保证硅衬底上生长的外延层的高阻效果，有效降低最终得到的高电子迁移率晶体管漏电的可能，提高高电子迁移率晶体管的质量与可靠性。并且TiC膜层与AlN层具有很好的晶格匹配度，其晶格失配为1.5％，因此AlN层可以在TiC膜层的基础上进行良好的生长，减少硅衬底与AlN层之间由晶格失配带来的缺陷与应力，提高AlN层的生长质量以提高在AlN层上生长得到的外延层的整体质量，最终有效提高得到的高电子迁移率晶体管的质量与可靠性。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本公开实施例提供的一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片的结构示意图；
[0022]图2是本公开实施例提供的另一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片的结构示意图；
[0023]图3是本公开实施例提供的一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片制备方法流程图；
[0024]图4是本公开实施例提供的另一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片制备方法流程图。
具体实施方式
[0025]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0026]图1是本公开实施例提供的一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片的结构示意图，参考图1可知，本公开实施例提供了一种高电子迁移率晶体管外延片，具有杂质阻挡层2的高电子迁移率晶体管外延片包括硅衬底1以及依次层叠在硅衬底1上的杂质阻
挡层2、AlN层3、AlGaN缓冲层4、GaN高阻层5、GaN沟道层6、AlGaN势垒层7及GaN盖帽层8，杂质阻挡层2为TiC膜层。
[0027]在硅衬底1与AlN层3之间增加杂质阻挡层2，且杂质阻挡层2为TiC膜层。由于TiC中的C原子位于Ti子晶格的所有八面体位置，是一种紧密堆积的间隙化合物，能够很好的阻挡来自衬底中向上扩散的杂质(氧元素和Si原子)，降低硅衬底1上生长的外延层中的杂质，提高硅衬底1上生长的外延层的晶体质量；并且硅衬底1上生长的外延层中杂质的减少，还可以保证硅衬底1上生长的外延层的高阻效果，有效降低最终得到的高电子迁移率晶体管漏电的可能，提高高电子迁移率晶体管的质量与可靠性。并且TiC膜层与AlN层3具有很好的晶格匹配度，其晶格失配为1.5％，因此AlN层3可以在TiC膜层的基础上进行良好的生长，减少硅衬底1与AlN层3之间由晶格失配带来的缺陷与应力，提高AlN层3的生长质量以提高在AlN层3上生长得到的外延层的整体质量，最终有效提高得到的高电子迁移率晶体管的质量与可靠性。
[0028]可选地，TiC膜层的厚度为15～30nm。
[0029]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片包括硅衬底以及依次层叠在所述硅衬底上的杂质阻挡层、AlN层、AlGaN缓冲层、GaN高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层及GaN盖帽层，所述杂质阻挡层为TiC膜层。2.根据权利要求1所述的具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述TiC膜层的厚度为15～30nm。3.根据权利要求1所述的具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片，其特征在于，所述TiC膜层的致密度为10+E7/cm
‑3～10+E8/cm
‑3。4.一种具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片制备方法，其特征在于，所述具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片制备方法包括：提供一硅衬底；在所述硅衬底上依次生长杂质阻挡层、AlN层、AlGaN缓冲层、GaN高阻层、GaN沟道层、AlGaN势垒层及GaN盖帽层，所述杂质阻挡层为TiC膜层。5.根据权利要求4所述的具有杂质阻挡层的高电子迁移率晶体管外延片制备方法，其特征在于，所述TiC膜层通过溅射得到，所述TiC膜层的溅射功率为500～800W。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋媛媛，刘旺平，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：