一種在GaN表面生長高K介質的方法與流程

2023-12-02 14:29:51 3

本發明涉及半導體集成電路製造技術領域，具體涉及一種在GaN表面生長高K介質的方法，應用於高性能、高功率、高擊穿電壓的第三代半導體MOS技術。

背景技術：

氮化鎵半導體材料相對矽、砷化鎵和磷化銦半導體材料而言，被稱為第三代半導體材料，它固有的高擊穿場強和高場強下具有的高飽和漂移速度等優良特性決定了它將在未來的高頻、高溫、特大功率器件中居領先地位。GaN材料是一種寬禁帶(3.49eV)半導體，它具有電子飽和漂移速度快(2.7×107cm/s)、臨界擊穿場強高(3.3MV/cm)、二維電子氣密度高(15×1012cm‐2)、熱導率高(>1.7W/cm.k)的特點。最新研究報導表明：在GaN‐HEMT器件柵槽表面製作柵介質，提高HEMT器件的柵極擊穿電壓，可以使得GaN‐MOSHEMT器件應用領域向大電壓的電能電源領域不斷拓展。然而，GaN表面生長高質量的柵介質一直以來都是一項具有挑戰性的技術，通過技術研發，提高GaN‐MOS界面特性和介質特性成為必需，以滿足高性能GaN MOS器件的技術要求。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明的主要目的是提供一種在GaN表面生長高K介質的方法，以實現以氮化鎵為溝道的高性能的MOSFET器件，除了可以滿足高擊穿場強的GaN基MOSFET器件的性能要求，還可以兼容現有的GaN‐pHEMT器件的製備工藝技術的要求。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種在GaN表面生長高K介質的方法，具體步驟如下：(1)對GaN表面進行常規有機清洗、RCA清洗；(2)採用ALD的方法生長一層AlON介質；(3)再生長一層HfAlON介質，(4)再生長一層HfO2介質；(5)最後進行高溫退火處理。

在上述方案中，步驟(2)中AlON介質的生長的具體過程如下：生長緯度為300度，ALD生長的前軀體為三甲基鋁(TMA)、水、氨氣；生長順序氨氣前軀體處理—氮氣—三甲基鋁處理—氮氣—水汽處理—氮氣，生長5個周期。

在上述方案中，步驟(3)中HfAlON介質的生長的具體過程如下：生長緯度為300度，ALD生長的前軀體為三甲基鋁(TMA)、氯化鉿、水、氨氣；生長順序氨氣前軀體處理—氮氣—三甲基鋁處理—氮氣—水汽處理—氮氣—氯化鉿—氮氣，生長5個周期。

在上述方案中，步驟(4)中HfO2介質的生長的具體過程如下：生長緯度為300度，ALD生長的前軀體為氯化鉿、臭氧；生長順序臭氧—氮氣—氯化鉿—氮氣，HfO2的厚度為20納米。

在上述方案中，步驟(5)中對生長的介質層進行高溫退火結晶，退火溫度為600度，退火氣氛為氮氣。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

本發明提供的一種在GaN表面生長高K介質的方法，利用原子層沉積的方法，依次在GaN表面生長AlON介質，通過Al和N原子與Ga原子的良好鍵能，通過O原子與Al和N原子的良好鍵能，實現從GaN到AlON的介質界面過渡，從而實現良好的MOS界面，生長HfAlON和HfO2的高K介質，並通過高溫合金實現介質的結晶，從而達到減少介質缺陷的目的。所以本發明這種在GaN表面生長高K介質的方法，可以滿足高性能GaN基MOS界面技術的要求。

附圖說明

圖1是本發明提供的在GaN表面生長高K介質的方法的流程圖；

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖1，對本發明進一步詳細說明。

如圖1所示，本實施例提供了一種在GaN表面生長高K介質的方法，具體步驟如下：(1)對GaN表面進行常規有機清洗、RCA清洗；(2)採用ALD的方法生長一層AlON介質；(3)再生長一層HfAlON介質，(4)再生長一層HfO2介質；(5)最後進行高溫退火處理。

在本實施例中，步驟(2)中AlON介質的生長的具體過程如下：生長緯度為300度，ALD生長的前軀體為三甲基鋁(TMA)、水、氨氣；生長順序氨氣前軀體處理—氮氣—三甲基鋁處理—氮氣—水汽處理—氮氣，生長5個周期。

在本實施例中，步驟(3)中HfAlON介質的生長的具體過程如下：生長緯度為300度，ALD生長的前軀體為三甲基鋁(TMA)、氯化鉿、水、氨氣；生長順序氨氣前軀體處理—氮氣—三甲基鋁處理—氮氣—水汽處理—氮氣—氯化鉿—氮氣，生長5個周期。

在本實施例中，步驟(4)中HfO2介質的生長的具體過程如下：生長緯度為300度，ALD生長的前軀體為氯化鉿、臭氧；生長順序臭氧—氮氣—氯化鉿—氮氣，HfO2的厚度為20納米。

在本實施例中，步驟(5)中對生長的介質層進行高溫退火結晶，退火溫度為600度，退火氣氛為氮氣。