半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法技术

本申请涉及一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法，包括提供衬底，于衬底的表面形成图形化掩膜层；将形成有图形化掩膜层的衬底置于衬底区；经由第一供气管路向镓舟区提供包括氯化氢的第一反应气体，经由第二供气管路向衬底区提供包括氨气的第二反应气体，以形成氮化镓晶种层；停止提供第一反应气体及第二反应气体，经由第三供气管路向衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体，将位于第一区域的所述氮化镓晶种层完全去除，或使得氮化镓晶种层位于第一区域的厚度小于氮化镓晶种层位于所述第二区域的厚度；形成掺杂厚膜氮化镓层。本申请能够提高掺杂厚膜氮化镓层的质量，有助于后续掺杂厚膜氮化镓层的自动剥离，降低器件串联电阻，增大隧穿电流。增大隧穿电流。增大隧穿电流。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，特别是涉及一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，具有高频、高效率及大功率等优异性能的半导体器件应用领域越来越多。以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度宽、热导率高、耐腐蚀等优良的物理化学性能，在光电器件及微电子器件等方面具有广泛的应用前景。
[0003]目前，主要采用氢化物气相外延(Hydride vapor phase epitaxy，HVPE)的方法制备单晶氮化镓厚膜，HVPE制备单晶氮化镓在氢化物气相外延设备中进行，通过在氢化物气相外延设备中通入生长材料得到氮化镓单晶并沉积在衬底(或晶种)上外延形成氮化镓单晶；在上述方法中，有一种使用掩膜进行氮化镓生长的技术，即在异质衬底上镀一层掩膜，氮化镓无法在该掩膜上外延生长，只能在掩膜开口内生长，最后通过横向外延过生长技术进行闭合。
[0004]然而，这种方法在生长初期容易导致开口处上方和掩膜上方(譬如横向闭合处)位错不一致，进而影响质量的提高，产品性能难以满足要求。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对现有技术中的上述不足之处，提供一种半导体结构、自支撑氮化镓层及其制备方法。
[0006]本申请根据一些实施例，提供一种半导体结构的制备方法，包括：
[0007]提供衬底；并于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有若干个开口；
[0008]提供氢化物气相外延设备，所述氢化物气相外延设备中设有间隔排布的衬底区及镓舟区；将形成有所述图形化掩膜层的所述衬底置于所述衬底区；
[0009]经由第一供气管路向所述镓舟区提供包括氯化氢的第一反应气体，并经由第二供气管路向所述衬底区提供包括氨气的第二反应气体，以于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成氮化镓晶种层，所述氮化镓晶种层包括位于所述开口内的第一区域及位于所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面的第二区域，所述第一区域内的位错密度大于所述第二区域内的位错密度；
[0010]停止向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并停止向所述衬底区提供所述第二反应气体，且经由第三供气管路向所述衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体，利用所述氯化氢刻蚀所述氮化镓晶种层，以将位于所述第一区域的所述氮化镓晶种层完全去除，或使得所述氮化镓晶种层位于所述第一区域的厚度小于所述氮化镓晶种层位于所述第二区域的厚度；
[0011]向所述氢化物气相外延设备中通入掺杂气体，并继续向所述氢化物气相外延设备
中通入所述第一反应气体及所述第二反应气体，以形成掺杂厚膜氮化镓层，所述掺杂厚膜氮化镓层填满所述开口并覆盖保留的所述氮化镓晶种层。
[0012]上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，在对所得结构进行刻蚀，去除部分或全部第一区域的氮化镓晶种层之后，再以第二区域的氮化镓晶种层为晶种，再次进行横向外延生长以形成掺杂厚膜氮化镓层，这样能够避免氮化镓生长初期开口处上方和图形化掩膜层上方(譬如横向闭合处)位错不一致，影响质量的提高，产品性能难以满足要求的问题，提高掺杂厚膜氮化镓层的晶体质量，有助于后续掺杂厚膜氮化镓层的自动剥离；同时，还形成了掺杂厚膜氮化镓层，相较于非掺杂的氮化镓层，掺杂厚膜氮化镓层通过提高氮化镓的掺杂浓度，提升单位面积下的电子密度，从而能够降低器件串联电阻，增大隧穿电流。上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，在形成氮化镓晶种层的过程中，通过第一供气管路向镓舟区提供第一反应气体，通过第二供气管路向衬底区提供第二反应气体；在去除氮化镓晶种层的过程中，通过第三供气管路提供第三反应气体，无需开炉操作，避免污染；通过通过第三供气管路向衬底区通入第三反应气体，去除氮化镓晶种层，能够避免第三反应气体与镓舟区的价反应产生额外损耗，即节约成本，又可以确保氮化镓晶种层的刻蚀效果。
[0013]在其中一个实施例中，所述第三供气管路向所述衬底区提供所述氯化氢的流量为1sccm～100sccm；所述第三供气管路向所述衬底区提供的所述氯化氢的时间为10s～60min。
[0014]在上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，氯化氢对位错密度较高的第一区域刻蚀速率更高，因而通过控制第三供气管路提供的氯化氢的流量及时间，能够提高氯化氢的选择腐蚀。
[0015]在其中一个实施例中，经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述第三反应气体的同时，还经由所述第三供气管路向所述衬底区通入载气，刻蚀所述氮化镓晶种层之后且形成所述掺杂厚膜氮化镓层之前还包括：
[0016]停止经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述氯化氢气体，仅经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述载气；
[0017]通入预设时间所述载气后，停止经由所述第三管路向所述衬底区提供所述第三反应气体。
[0018]上述实施例提供的半导体结构的制备方法中，通过在载气气氛下保护预设时间，能够对刻蚀后的氮化镓晶种层表面进行清洗，这样，在后续以第二区域的氮化镓晶舟层为晶种，再次进行横向外延生长以形成掺杂厚膜氮化镓层的过程中，晶种的质量更好，从而能够得到更高质量的后面氮化镓层，更加有助于掺杂后面氮化镓层剥离。
[0019]在其中一个实施例中，向所述氢化物气相外延设备中通入掺杂气体，并继续向所述氢化物气相外延设备中通入所述第一反应气体及所述第二反应气体，以形成掺杂厚膜氮化镓层，包括：
[0020]继续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体；
[0021]在经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体的至少一段时间内向所述氢化物气相外延
设备中通入所述掺杂气体，以形成所述掺杂厚膜氮化镓层。
[0022]在其中一个实施例中，向所述氢化物气相外延设备中通入掺杂气体，并继续向所述氢化物气相外延设备中通入所述第一反应气体及所述第二反应气体，以形成掺杂厚膜氮化镓层，包括：
[0023]继续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体，以进行第一次厚膜氮化镓生长；
[0024]持续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体，在经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供第一反应气体，并在持续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体的至少一段时间内向所述氢化物气相外延设备中通入所述掺杂气体，进行第二次厚膜氮化镓生长，以形成所述掺杂厚膜氮化镓层；所述第二次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量大于所述第一次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量。
[0025]在其中一个实施例中，所述第一次厚膜氮化镓生长过程中所述第一反应气体的气体流量为1sccm～100sccm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；并于所述衬底的表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内具有若干个开口；提供氢化物气相外延设备，所述氢化物气相外延设备中设有间隔排布的衬底区及镓舟区；将形成有所述图形化掩膜层的所述衬底置于所述衬底区；经由第一供气管路向所述镓舟区提供包括氯化氢的第一反应气体，并经由第二供气管路向所述衬底区提供包括氨气的第二反应气体，以于所述开口内及所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面形成氮化镓晶种层，所述氮化镓晶种层包括位于所述开口内的第一区域及位于所述图形化掩膜层背离所述衬底的表面的第二区域，所述第一区域内的位错密度大于所述第二区域内的位错密度；停止向所述镓舟区提供所述第一反应气体，并停止向所述衬底区提供所述第二反应气体，且经由第三供气管路向所述衬底区提供包括氯化氢的第三反应气体，利用所述氯化氢刻蚀所述氮化镓晶种层，以将位于所述第一区域的所述氮化镓晶种层完全去除，或使得所述氮化镓晶种层位于所述第一区域的厚度小于所述氮化镓晶种层位于所述第二区域的厚度；向所述氢化物气相外延设备中通入掺杂气体，并继续向所述氢化物气相外延设备中通入所述第一反应气体及所述第二反应气体，以形成掺杂厚膜氮化镓层，所述掺杂厚膜氮化镓层填满所述开口并覆盖保留的所述氮化镓晶种层。2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第三供气管路向所述衬底区提供所述氯化氢的流量为1sccm～100sccm；所述第三供气管路向所述衬底区提供的所述氯化氢的时间为10s～60min。3.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述第三反应气体的同时，还经由所述第三供气管路向所述衬底区通入载气，刻蚀所述氮化镓晶种层之后且形成所述掺杂厚膜氮化镓层之前还包括：停止经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述氯化氢气体，仅经由所述第三供气管路向所述衬底区通入所述载气；通入预设时间所述载气后，停止经由所述第三管路向所述衬底区提供所述第三反应气体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，向所述氢化物气相外延设备中通入掺杂气体，并继续向所述氢化物气相外延设备中通入所述第一反应气体及所述第二反应气体，以形成掺杂厚膜氮化镓层，包括：继续经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底区提供所述第二反应气体；在经由所述第一供气管路向所述镓舟区提供第一反应气体，并继续经由所述第二供气管路向所述衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓菊，王颖慧，胡作诗，
申请(专利权)人：镓特半导体科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：