CN110246754B - 一种hemt外延结构的制备方法及外延结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种HEMT外延结构的制备方法，包括：在衬底上生长外延层，在生长所述的外延层前，先对所述的衬底进行预处理，所述的预处理包括：将所述的衬底置于生长腔内，将所述的生长腔内的温度升高至500℃‑700℃，向所述的生长腔内通入CBr430~400秒后停止，将所述的生长腔内的温度继续升高至900℃以上，保持30~400秒，完成所述的预处理。一种HEMT外延结构，其由所述的制备方法制得。本发明通过引入Br预处理衬底表面，来去除各类衬底表面氧含量，该预处理可以在主流的衬底上实现通用，能够有效减少HEMT外延结构的漏电，抑制电流崩塌，以及提升反向击穿电压等性能。

Description

一种HEMT外延结构的制备方法及外延结构
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种HEMT外延结构的制备方法及外延结构。
背景技术
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外延结构是制备HEMT器件的基础，当前一种HEMT外延结构包括衬底与依次生长在衬底上的如成核层、缓冲层、势垒层、盖层等，其中衬底可为碳化硅衬底、蓝宝石衬底或单晶硅衬底等。
但是这些衬底与HEMT外延层界面处比较高的氧含量（1e20）影响到了这些HEMT的性能，会导致漏电变大，反向击穿电压减小，以及电流崩塌变强等，因此减少界面处的氧含量是提高各类HEMT性能的有效方法之一。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种HEMT外延结构的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种HEMT外延结构的制备方法，包括：在衬底上生长外延层，在生长所述的外延层前，先对所述的衬底进行预处理，所述的预处理包括：将所述的衬底置于生长腔内，将所述的生长腔内的温度升高至500℃-700℃，向所述的生长腔内通入CBr430~400秒后停止，将所述的生长腔内的温度继续升高至900℃以上，保持30~400秒，完成所述的预处理。
优选地，在生长所述的外延层前，先对所述的衬底用于生长所述的外延层的表面进行预处理。
优选地，停止所述的CBr4通入后，将所述的生长腔内的温度继续升高至900℃-1100℃。
优选地，所述的外延层的生长包括：
在1000℃~1100℃的温度，140-160mbar的压力下通入氨气、TMAl，在所述的衬底上生长第一缓冲层，
在1000℃~1100℃的温度，260-270mbar的压力下通入氨气、TMGa，在所述的第一缓冲层上生长第二缓冲层，
在1000℃~1100℃的温度，190-210mbar的压力下同时通入氨气、TMGa以及TMAl，在所述的第二缓冲层上生长势垒层。
进一步优选地，所述的第一缓冲层采用AlN缓冲层，所述的第二缓冲层采用GaN缓冲层。
进一步优选地，所述的第一缓冲层的厚度在20-200nm；所述的第二缓冲层的厚度在1-2um。
进一步优选地，所述的势垒层为HEMT势垒层。
进一步优选地，所述的势垒层的厚度在20-30nm。
优选地，所述的衬底为蓝宝石基衬底或硅基衬底或碳化硅基衬底。
本发明的另一个目的是提供一种HEMT外延结构。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种HEMT外延结构，其由所述的制备方法制得。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明通过引入Br预处理衬底表面，来去除各类衬底表面氧含量，该预处理可以在主流的衬底上实现通用，能够有效减少HEMT外延结构的漏电，抑制电流崩塌，以及提升反向击穿电压等性能。
具体实施方式
下面将对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。
实施例一：
一种HEMT外延结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：准备蓝宝石基衬底，先对蓝宝石基衬底进行预处理，预处理包括：
S10：将蓝宝石基衬底置于生长腔内，将生长腔内的温度升高至500℃，
S11：向生长腔内通入CBr4，并持续100s后停止，
S12：将生长腔内的温度继续升高至900℃，保持100s，完成预处理，
S2：在1000℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMAl：在完成预处理的蓝宝石基衬底上生长AlN缓冲层，AlN缓冲层的生长厚度为60nm，
S3：在1000℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMGa：在AlN缓冲层上生长GaN缓冲层，GaN缓冲层的生长厚度为1um，
S4：在1000℃的温度下、150mbar的压力下同时通入氨气、TMGa以及TMAl：在GaN缓冲层上生长HEMT势垒层，势垒层为厚度为20nm的AlGaN层，并获得蓝宝石基HEMT外延结构。
实施例二：
一种HEMT外延结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：准备硅基衬底，先对硅基衬底进行预处理，预处理包括：
S10：将硅基衬底置于生长腔内，将生长腔内的温度升高至600℃，
S11：向生长腔内通入CBr4，并持续200s后停止，
S12：将生长腔内的温度继续升高至1000℃，保持200s，完成预处理，
S2：在1050℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMAl：在完成预处理的硅基衬底上生长AlN缓冲层，AlN缓冲层的生长厚度为120nm，
S3：在1050℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMGa：在AlN缓冲层上生长GaN缓冲层，GaN缓冲层的生长厚度为1.5um，
S4：在1050℃的温度下、150mbar的压力下同时通入氨气、TMGa以及TMAl：在GaN缓冲层上生长HEMT势垒层，势垒层为厚度为25nm的AlGaN层，并获得硅基HEMT外延结构。
实施例三：
一种HEMT外延结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：准备碳化硅基衬底，先对碳化硅基衬底进行预处理，预处理包括：
S10：将碳化硅基衬底置于生长腔内，将生长腔内的温度升高至700℃，
S11：向生长腔内通入CBr4，并持续300s后停止，
S12：将生长腔内的温度继续升高至1100℃，保持300s，完成预处理，
S2：在1100℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMAl：在完成预处理的碳化硅基衬底上生长AlN缓冲层，AlN缓冲层的生长厚度为160nm，
S3：在1100℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMGa：在AlN缓冲层上生长GaN缓冲层，GaN缓冲层的生长厚度为2um，
S4：在1100℃的温度下、150mbar的压力下同时通入氨气、TMGa以及TMAl：在GaN缓冲层上生长HEMT势垒层，势垒层为厚度为30nm的AlGaN层，并获得碳化硅基HEMT外延结构。
对比例一：
一种HEMT外延结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：准备蓝宝石基衬底，先对蓝宝石基衬底进行预处理，预处理包括：
S10：将蓝宝石基衬底置于生长腔内，将生长腔内的温度升高至300℃，
S11：向生长腔内通入CBr4，并持续20s后停止，
S12：将生长腔内的温度继续升高至800℃，保持20s，完成预处理，
S2：在1000℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMAl：在完成预处理的蓝宝石基衬底上生长AlN缓冲层，AlN缓冲层的生长厚度为60nm，
S3：在1000℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMGa：在AlN缓冲层上生长GaN缓冲层，GaN缓冲层的生长厚度为1um，
S4：在1000℃的温度下、150mbar的压力下同时通入氨气、TMGa以及TMAl：在GaN缓冲层上生长HEMT势垒层，势垒层为厚度为20nm的AlGaN层，并获得蓝宝石基HEMT外延结构。
对比例二：
一种HEMT外延结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：准备蓝宝石基衬底，
S2：在1000℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMAl：在蓝宝石基衬底上生长AlN缓冲层，AlN缓冲层的生长厚度为60nm，
S3：在1000℃的温度下、150mbar的压力下通入氨气、TMGa：在AlN缓冲层上生长GaN缓冲层，GaN缓冲层的生长厚度为1um，
S4：在1000℃的温度下、150mbar的压力下同时通入氨气、TMGa以及TMAl：在GaN缓 冲层上生长HEMT势垒层，势垒层为厚度为20nm的AlGaN层，并获得蓝宝石基HEMT外延结构。
实施例一 实施例二 实施例三 对比例一 对比例二
含氧量 &lt;1e<sup>19</sup> &lt;1e<sup>19</sup> &lt;1e<sup>19</sup> 1e<sup>19</sup>-1e<sup>20</sup> &gt;1e<sup>20</sup>
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种HEMT外延结构的制备方法，包括：在衬底上生长外延层，其特征在于：所述的衬底为蓝宝石基衬底或硅基衬底或碳化硅基衬底，在生长所述的外延层前，先对所述的衬底进行预处理，所述的预处理包括：将所述的衬底置于生长腔内，将所述的生长腔内的温度升高至500℃-700℃，向所述的生长腔内通入CBr430~400秒后停止，停止所述的CBr4通入后，将所述的生长腔内的温度继续升高至900℃-1100℃，保持30~400秒，完成所述的预处理；
所述的外延层的生长包括：
在1000℃~1100℃的温度，140-160mbar的压力下通入氨气、TMAl，在所述的衬底上生长第一缓冲层，所述的第一缓冲层的厚度在20-200nm；
在1000℃~1100℃的温度，260-270mbar的压力下通入氨气、TMGa，在所述的第一缓冲层上生长第二缓冲层，所述的第二缓冲层的厚度在1-2um；
在1000℃~1100℃的温度，190-210mbar的压力下同时通入氨气、TMGa以及TMAl，在所述的第二缓冲层上生长势垒层，所述的势垒层的厚度在20-30nm。
2.根据权利要求1所述的一种HEMT外延结构的制备方法，其特征在于：在生长所述的外延层前，先对所述的衬底用于生长所述的外延层的表面进行预处理。
3.根据权利要求1所述的一种HEMT外延结构的制备方法，其特征在于：所述的第一缓冲层采用AlN缓冲层，所述的第二缓冲层采用GaN缓冲层。
4.根据权利要求1所述的一种HEMT外延结构的制备方法，其特征在于：所述的势垒层为HEMT势垒层。
5.一种HEMT外延结构，其特征在于：其由权利要求1至4中任意一项所述的制备方法制得。
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