CN110120333B - 硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，包括步骤：步骤一、提供硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产线，混合生产线是在硅半导体产品的生产线的设备增加氮化镓产品的专用生产设备组成；步骤二、进行混合生产，在混合生产中，氮化镓产品的生产步骤包括：步骤21、提供晶圆；步骤22、采用氮化镓产品的专用生产设备在晶圆上形成具有镓含量的外延层；步骤23、在完成所有具有镓含量的外延层后，在晶圆背面形成镓扩散隔离层以防止晶圆的背面区域中的镓向外扩散。本发明能降低氮化镓产品的生产成本，还能实现氮化镓产品和硅半导体产品的集成。

Description

硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种硅半导体产品和氮化镓(GaN)产品的混合生产的方法。
背景技术
氮化镓产品作为第三代半导体中的代表材料具有宽带隙、高临界电场、高电子迁移率和电子饱和速度等特点，高耐压和高频是GaN器件的主要优点并在功率和射频等器件中优势相当明显。
近日，随着GaN外延(EPI)成长技术的进步，8寸硅基GaN器件正在飞速发展，由于其成本上的优势，在不久的将来将加速取代功率和射频领域的相关器件。
在现有8英寸生产线即硅半导体产品的生产线上实现GaN产品的共存可以进一步降低成本，并且GaN器件本身也有和CMOS器件实现集成的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，能降低氮化镓产品的生产成本，还能实现氮化镓产品和硅半导体产品的集成。
为解决上述技术问题，本发明提供的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法包括如下步骤：
步骤一、提供硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产线，所述混合生产线是在硅半导体产品的生产线的设备增加所述氮化镓产品的专用生产设备组成。
所述硅半导体产品和所述氮化镓产品采用由单晶硅组成的晶圆作为衬底结构。
步骤二、进行所述硅半导体产品和所述氮化镓产品的混合生产，在所述混合生产中，所述氮化镓产品的生产步骤包括：
步骤21、提供所述氮化镓产品所需的晶圆。
步骤22、采用所述氮化镓产品的专用生产设备在所述晶圆上形成具有镓含量的外延层；在形成所述具有镓含量的外延层的过程中会有镓扩散到所述晶圆的背面区域中。
步骤23、在完成所有所述具有镓含量的外延层后，在所述晶圆背面形成镓扩散隔离层，所述镓扩散隔离层防止所述晶圆的背面区域中的镓向外扩散。
进一步的改进是，所述氮化镓产品的生产步骤中，在完成步骤23之后，共用所述硅半导体产品的生产线的设备完成后续的所述氮化镓产品的生产。
进一步的改进是，步骤二中，所述硅半导体产品直接采用所述硅半导体产品的生产线的设备进行生产。
进一步的改进是，所述氮化镓产品的专用生产设备包括金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备。
进一步的改进是，步骤22中，所述具有镓含量的外延层包括氮化镓外延层，所述氮化镓外延层形成在所述晶圆的单晶硅表面。
进一步的改进是，所述氮化镓外延层包括多层结构。
进一步的改进是，所述氮化镓外延层的多层结构包括缓冲(Buffer)层和沟道(Channel)层。
进一步的改进是，步骤22中，所述具有镓含量的外延层包括氮化铝镓外延层，所述氮化铝镓外延层形成在所述沟道层表面。
进一步的改进是，在采用所述MOCVD设备进行所述氮化镓外延层的外延生产过程中，镓源包括三甲基镓，氮源包括氨气。
进一步的改进是，在采用所述MOCVD设备进行所述氮化镓外延层的外延生产过程中还采用由氢气和氮气的混合气体组成的载气。
进一步的改进是，步骤23中所述镓扩散隔离层采用氮化硅层。
进一步的改进是，在所述晶圆的正面和背面同时形成氮化硅层，由所述晶圆背面的氮化硅层组成所述镓扩散隔离层；所述晶圆正面的氮化硅层被去除或作为钝化层保留。
进一步的改进是，在所述晶圆的正面和背面同时形成氮化硅层之前还包括对所述晶圆的背面进行背面清洗的步骤。
进一步的改进是，所述背面清洗采用冲洗或刷洗的方法进行。
进一步的改进是，所述混合生产线为8英寸生产线。
本发明通过在硅半导体产品的生产线的设备增加氮化镓产品的专用生产设备组成混合生产线，氮化镓产品的衬底结构也采用由单晶硅组成的晶圆，通过氮化镓产品的专用生产设备在晶圆上形成具有镓含量的外延层，在完成具有镓含量的外延层之后，在氮化镓产品对应的晶圆的背面形成镓扩散隔离层，通过镓扩散隔离层防止具有镓含量的外延层的生产过程中对晶圆背面产生的镓污染在后续工艺中产生向外扩散，这样氮化镓产品的后续的工艺步骤能和硅半导体产品共用生产线并且不会对产品和设备造成污染，所以，本发明能形成硅基氮化镓产品且能和硅半导体产品共用生产线，故能降低氮化镓产品的生产成本，还能实现氮化镓产品和硅半导体产品的集成。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法的流程图；
图2A-图2C是本发明实施例方法的氮化镓产品的生产步骤的各步骤中氮化镓产品的器件结构图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法的流程图；本发明实施例硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法包括如下步骤：
步骤一、提供硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产线，所述混合生产线是在硅半导体产品的生产线的设备增加所述氮化镓产品的专用生产设备组成。
本发明实施例方法中，所述混合生产线为8英寸生产线。在其他实施例方法中也能为：所述混合生产线为8英寸以上或以下的生产线。
所述硅半导体产品和所述氮化镓产品采用由单晶硅组成的晶圆101作为衬底结构，也即所述氮化镓产品为硅基氮化镓产品。
所述氮化镓产品的专用生产设备包括MOCVD设备。
步骤二、进行所述硅半导体产品和所述氮化镓产品的混合生产。
如图2A至图2C所示，是本发明实施例方法的氮化镓产品的生产步骤的各步骤中氮化镓产品的器件结构图，在所述混合生产中，所述氮化镓产品的生产步骤包括：
步骤21、如图2A所示，提供所述氮化镓产品所需的晶圆101。
步骤22、如图2A所示，采用所述氮化镓产品的专用生产设备在所述晶圆101上形成具有镓含量的外延层。在形成所述具有镓含量的外延层的过程中会有镓扩散到所述晶圆101的背面区域中。
所述具有镓含量的外延层包括氮化镓外延层102，所述氮化镓外延层102形成在所述晶圆101的单晶硅表面。
所述氮化镓外延层102包括多层结构。所述氮化镓外延层102的多层结构包括缓冲层和沟道层。
在采用所述MOCVD设备进行所述氮化镓外延层102的外延生产过程中，镓源包括三甲基镓，氮源包括氨气。在采用所述MOCVD设备进行所述氮化镓外延层102的外延生产过程中还采用由氢气和氮气的混合气体组成的载气。
所述具有镓含量的外延层还包括氮化铝镓外延层103，所述氮化铝镓外延层103形成在所述沟道层表面，所述氮化铝镓外延层103作为势垒层(Barrier Layer)。
步骤23、在完成所有所述具有镓含量的外延层后，在所述晶圆101背面形成镓扩散隔离层104，所述镓扩散隔离层104防止所述晶圆101的背面区域中的镓向外扩散。
较佳选择为，所述镓扩散隔离层104采用氮化硅层。形成所述镓扩散隔离层104的分步骤包括：
包括对所述晶圆101的背面进行背面清洗的步骤。所述背面清洗采用冲洗或刷洗的方法进行。
在所述晶圆101的正面和背面同时形成氮化硅层，背面的氮化硅层用标记104表示，正面的氮化硅层用标记104a表示。
由所述晶圆101背面的氮化硅层组成所述镓扩散隔离层104；所述晶圆101正面的氮化硅层作为钝化层保留。在其他实施例中，所述晶圆101正面的氮化硅层也能被去除。
所述氮化镓产品的生产步骤中，在完成步骤23之后，共用所述硅半导体产品的生产线的设备完成后续的所述氮化镓产品的生产。如图2C所示，后续工艺包括形成所述氮化镓产品的栅极105，源极106和漏极107的步骤，氮化硅层104a作为钝化层。
所述硅半导体产品直接采用所述硅半导体产品的生产线的设备进行生产。
本发明实施例通过在硅半导体产品的生产线的设备增加氮化镓产品的专用生产设备组成混合生产线，氮化镓产品的衬底结构也采用由单晶硅组成的晶圆101，通过氮化镓产品的专用生产设备在晶圆101上形成具有镓含量的外延层，在完成具有镓含量的外延层之后，在氮化镓产品对应的晶圆101的背面形成镓扩散隔离层，通过镓扩散隔离层防止具有镓含量的外延层的生产过程中对晶圆101背面产生的镓污染在后续工艺中产生向外扩散，这样氮化镓产品的后续的工艺步骤能和硅半导体产品共用生产线并且不会对产品和设备造成污染，所以，本发明实施例能形成硅基氮化镓产品且能和硅半导体产品共用生产线，故能降低氮化镓产品的生产成本，还能实现氮化镓产品和硅半导体产品的集成。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、提供硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产线，所述混合生产线是在硅半导体产品的生产线的设备增加所述氮化镓产品的专用生产设备组成；
所述硅半导体产品和所述氮化镓产品采用由单晶硅组成的晶圆作为衬底结构；
步骤二、进行所述硅半导体产品和所述氮化镓产品的混合生产，在所述混合生产中，所述氮化镓产品的生产步骤包括：
步骤21、提供所述氮化镓产品所需的晶圆；
步骤22、采用所述氮化镓产品的专用生产设备在所述晶圆上形成具有镓含量的外延层；在形成所述具有镓含量的外延层的过程中会有镓扩散到所述晶圆的背面区域中；
步骤23、在完成所有所述具有镓含量的外延层后，在所述晶圆背面形成镓扩散隔离层，所述镓扩散隔离层防止所述晶圆的背面区域中的镓向外扩散；
所述氮化镓产品的生产步骤中，在完成步骤23之后，共用所述硅半导体产品的生产线的设备完成后续的所述氮化镓产品的生产。
2.如权利要求1所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：步骤二中，所述硅半导体产品直接采用所述硅半导体产品的生产线的设备进行生产。
3.如权利要求1所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：所述氮化镓产品的专用生产设备包括MOCVD设备。
4.如权利要求3所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：步骤22中，所述具有镓含量的外延层包括氮化镓外延层，所述氮化镓外延层形成在所述晶圆的单晶硅表面。
5.如权利要求4所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：所述氮化镓外延层包括多层结构。
6.如权利要求5所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：所述氮化镓外延层的多层结构包括缓冲层和沟道层。
7.如权利要求6所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：步骤22中，所述具有镓含量的外延层包括氮化铝镓外延层，所述氮化铝镓外延层形成在所述沟道层表面。
8.如权利要求4所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：在采用所述MOCVD设备进行所述氮化镓外延层的外延生产过程中，镓源包括三甲基镓，氮源包括氨气。
9.如权利要求8所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：在采用所述MOCVD设备进行所述氮化镓外延层的外延生产过程中还采用由氢气和氮气的混合气体组成的载气。
10.如权利要求1所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：步骤23中所述镓扩散隔离层采用氮化硅层。
11.如权利要求10所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：形成所述镓扩散隔离层的步骤包括：
在所述晶圆的正面和背面同时形成氮化硅层，由所述晶圆背面的氮化硅层组成所述镓扩散隔离层；
所述晶圆正面的氮化硅层被去除或作为钝化层保留。
12.如权利要求11所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：
在所述晶圆的正面和背面同时形成氮化硅层之前还包括对所述晶圆的背面进行背面清洗的步骤。
13.如权利要求12所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：所述背面清洗采用冲洗或刷洗的方法进行。
14.如权利要求1所述的硅半导体产品和氮化镓产品的混合生产的方法，其特征在于：所述混合生产线为8英寸生产线。
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