一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法及器件技术

本发明专利技术公开了一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法及器件，属于半导体领域，包括在硅衬底背面生长一层具有张应变的薄膜，即所述薄膜的晶格常数小于硅的晶格常数；在所述硅衬底的正面外延生长GaN结构。本发明专利技术在外延GaN结构前，通过在硅衬底背面预沉积薄膜来调节结构应变，在保证整个器件平整度的同时，能够提升GaN晶体质量。升GaN晶体质量。升GaN晶体质量。

【技术实现步骤摘要】
一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法及器件


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法及器件。

技术介绍

[0002]GaN与Si衬底间的晶格失配为17％，这会导致大量的位错产生，高缺陷密度则会导致器件的可靠性下降。此外，GaN与Si的热膨胀系数分别为5.59
×
10
‑6K
‑1和3.59
×
10
‑6K
‑1，两者之间的失配达到56％，由于GaN生长一般在1100℃以上，在降温过程中，GaN外延层会产生巨大的张应变，从而引起薄膜微裂和晶圆翘曲。外延层薄膜微裂将严重影响材料性质和器件性能。晶圆翘曲，不仅影响器件性能，还会增加光刻工艺的难度。
[0003]因此往往需要选择较厚的硅衬底(一般用于GaN外延的6寸硅片厚度约1000μm，常规半导体器件用6寸硅片厚度约500μm
‑
600μm)以增加硅片的抗形变能力。另一方面，在GaN外延工艺中，通过调节AlGaN中Al组分的情况，使得在AlGaN上外延的GaN层呈现向外膨胀趋势(在生长GaN前AlGaN层Al组分越高，AlGaN与GaN晶格失配越大，GaN向往膨胀越厉害)。由于GaN热膨胀系数大于硅衬底，这样当降温过程中，其收缩更厉害，最终可以呈现比较平整的形貌，从而解决GaN晶圆翘曲的问题。但是这个方案也存在一个影响GaN质量的不利因素：为了预调整高温下的翘曲情况，需要AlGaN中Al的组分较低，这样AlGaN与GaN晶格失配大，晶圆预翘曲更明显，降温后更平整，但是两者晶格失配大，又会导致GaN薄膜中缺陷密度显著增加。所以总体效果是提高最终GaN层平整度会牺牲GaN层晶体质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有GaN外延工艺存在的问题，提供了一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法及器件。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]第一方面，提供一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]S1、在硅衬底背面生长一层具有张应变的薄膜，其中，所述薄膜的晶格常数小于硅的晶格常数；
[0008]S2、在所述硅衬底的正面外延生长GaN结构；
[0009]S3、制作源、漏、栅电极，得到GaN HEMT器件。
[0010]作为一优选项，一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述薄膜为Si3N4薄膜。
[0011]作为一优选项，一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述Si3N4薄膜的厚度为100nm
‑
2000nm。
[0012]作为一优选项，一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述薄膜为金属钨薄膜。
[0013]作为一优选项，一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述金属钨薄膜的厚度50nm
‑
2000nm。
[0014]作为一优选项，一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述薄膜为GaN薄膜。
[0015]作为一优选项，一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述GaN薄膜的厚度为1000nm
‑
3000nm。
[0016]作为一优选项，一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述GaN结构从下至上依次包括AlGaN复合层、GaN层以及AlGaN层，所述AlGaN复合层是渐变缓冲层或梯变缓冲层。
[0017]第二方面，提供一种GaN器件，从下至上依次包括薄膜、硅衬底、AlGaN复合层、GaN层以及AlGaN层。
[0018]作为一优选项，一种GaN器件，所述AlGaN复合层从下至上包括AlN层、Al
0.6
G
0.4
N层、Al
0.45
G
0.55
N层以及Al
0.2
G
0.8
N层。
[0019]需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。
[0020]与现有技术相比，本专利技术有益效果是：
[0021]本专利技术在外延GaN结构前，通过在硅衬底背面预沉积薄膜来调节结构应变，在保证整个器件平整度的同时，能够提升GaN晶体质量。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例示出的一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例示出的GaN器件结构示意图。
[0024]图中标号：1、薄膜；2、硅衬底；3、AlGaN复合层；4、GaN层；5、AlGaN层；6、栅介质。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]在本专利技术的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0028]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构
成冲突就可以相互结合。
[0029]在一示例性实施例中，参照图1和图2，提供一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，所述方法包括以下步骤：
[0030]S1、在硅衬底2背面生长一层具有张应变的薄膜1，其中，硅衬底2的晶向为(111)，所述薄膜1的晶格常数小于硅的晶格常数，使得硅衬底2向上突起；
[0031]S2、高温条件下，在所述硅衬底2的正面外延生长GaN结构，降温后整体结构变平整；
[0032]S3、制作源、漏、栅电极，得到GaN HEMT器件。
[0033]其中，所述GaN结构从下至上依次包括AlGaN复合层3、GaN层4以及AlGaN层5，所述AlGaN复合层3是渐变缓冲层或梯变缓冲层。
[0034]具体地，当在大晶格常数衬底上生长小晶格常数薄膜时候，由于小晶格常数材料被拉伸到与大晶格常数衬底一样晶格进行生长，其本身有收缩回原来晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、在硅衬底背面生长一层具有张应变的薄膜，其中，所述薄膜的晶格常数小于硅的晶格常数；S2、在所述硅衬底的正面外延生长GaN结构；S3、制作源、漏、栅电极，得到GaN HEMT器件。2.根据权利要求1所述的一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，其特征在于，所述薄膜为Si3N4薄膜。3.根据权利要求2所述的一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，其特征在于，所述Si3N4薄膜的厚度为100nm
‑
2000nm。4.根据权利要求1所述的一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，其特征在于，所述薄膜为金属钨薄膜。5.根据权利要求4所述的一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件的方法，其特征在于，所述金属钨薄膜的厚度50nm
‑
2000nm。6.根据权利要求1所述的一种利用硅衬底外延GaN并制备GaN器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中健，曹远迎，
申请(专利权)人：成都功成半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：