Hemt外延片的制作方法及制備hemt外延片的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種HEMT外延片的制作方法及制備HEMT外延片的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]由于HEMT(HighElectron Mobility Transistor，高電子遷移率晶體管)器件具備擊穿特性高、開關(guān)速度快、導(dǎo)通電阻小等優(yōu)點，因此，其在電源管理、風(fēng)力發(fā)電、太陽能電池、電動汽車等電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]傳統(tǒng)的HEMT通常為GaN基HEMT，用于制備HEMT的HEMT外延片通常包括藍寶石襯底以及依次形成在藍寶石襯底上的成核層(通常為AlN)、緩沖層(通常為摻雜的GaN)、溝道層(通常為GaN)和勢皇層(通常為AlGaN)，其中，為了讓緩沖層具有更好的絕緣性，通常需要對緩沖層進行摻雜以使其變?yōu)榻^緣材料。
[0004]隨著實踐、應(yīng)用的進一步深入，傳統(tǒng)的GaN基HEMT器件陸續(xù)暴露出電流崩塌效應(yīng)、漏電流效應(yīng)、自加熱效應(yīng)等一系列質(zhì)量問題和由于藍寶石襯底難以大尺寸化所帶來的成本問題，上述問題嚴(yán)重制約著GaN基HEMT器件的進一步發(fā)展和應(yīng)用。其中，電流崩塌效應(yīng)與勢皇層的表面態(tài)、緩沖層的絕緣性及溝道層的晶體質(zhì)量直接相關(guān);漏電流效應(yīng)與緩沖層的絕緣性、晶體質(zhì)量和晶格缺陷都密切相關(guān)，絕緣性較差的緩沖層容易產(chǎn)生寄生電導(dǎo)和通過緩沖層的泄漏電流；自加熱效應(yīng)與GaN基HEMT器件所采用的襯底的導(dǎo)熱性能密切相關(guān)，藍寶石襯底的導(dǎo)熱效果不佳，直接影響著GaN基HEMT器件的性能和使用壽命。
[0005]為了解決上述問題，本領(lǐng)域的科研工作人員提出了各種鈍化方法:氮化硅鈍化方法在一定程度上緩解了緩沖層的表面態(tài)所引起的電流崩塌效應(yīng);緩沖層的絕緣性也通過不同濃度的碳或鐵摻雜得以顯著提高，這在一定程度上緩解了由緩沖層的絕緣性所引起的電流崩塌效應(yīng)和漏電流效應(yīng);緩沖層的晶體質(zhì)量和晶格缺陷隨著成核層的引入和圖形化藍寶石襯底的不斷發(fā)展逐步得以改善，溝道層的晶體質(zhì)量也隨著緩沖層晶體質(zhì)量的逐步改善得到了同步的改善;導(dǎo)熱性差和難以大尺寸化的藍寶石襯底也正被導(dǎo)熱性好的、價格低廉的、易于大尺寸化的硅所取代。
[0006]雖然采用硅襯底能夠具有導(dǎo)熱性好、價格低廉及適合大尺寸生產(chǎn)等優(yōu)點，但硅襯底依然存在一系列問題。目前GaN基HEMT外延片在生產(chǎn)過程中，均是在同一個反應(yīng)腔室內(nèi)依次生長成核層(通常為A1N)、緩沖層(摻雜的GaN)、溝道層(GaN)和勢皇層(AlGaN)，然而，生長過GaN材料的反應(yīng)腔室會殘留有少量的Ga或GaN，由于現(xiàn)有的GaN基HEMT外延片采用硅襯底代替藍寶石襯底，因此，殘留的Ga或GaN在后續(xù)批次形成成核層的過程中會揮發(fā)回熔至硅襯底的表面，并與硅襯底發(fā)生反應(yīng)，這不僅影響成核層和緩沖層的生長，還會造成溝道層及勢皇層晶體質(zhì)量的下降，從而影響GaN基HEMT器件的良率;此外，由于緩沖層需要進行摻雜才能形成絕緣層，在摻雜完成后，反應(yīng)腔室中會殘留少量的摻雜元素例如碳或鐵，殘留的摻雜元素對生長溝道層和勢皇層極為不利，會嚴(yán)重降低GaN基HEMT器件的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一在于提供一種HEMT外延片的制作方法及制備HEMT外延片的設(shè)備，以解決回熔的Ga元素與硅襯底發(fā)生反應(yīng)以及摻雜雜質(zhì)污染后續(xù)薄膜層而導(dǎo)致的HMET外延層晶體質(zhì)量下降的問題。
[0008]本發(fā)明的目的之二在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述制作方法的設(shè)備。
[0009 ]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種HEMT外延片的制作方法，包括:
[0010]提供設(shè)備，所述設(shè)備包括m個反應(yīng)腔室，其中m為自然數(shù)，且m23;
[0011]提供支撐襯底，將所述支撐襯底置于第一反應(yīng)腔室中，并在第一反應(yīng)腔室中形成成核層；
[0012]將形成有所述成核層的支撐襯底傳輸至第二反應(yīng)腔室中，并在第二反應(yīng)腔室中形成含有Ga元素的緩沖層，并對所述緩沖層進行摻雜；
[0013]將形成有所述成核層及緩沖層的支撐襯底傳輸至剩余反應(yīng)腔室中，并在剩余反應(yīng)腔室中形成剩余薄膜層。
[0014]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述緩沖層的材料包括ΙΠΑ族和VA族中的元素。
[0015]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述緩沖層的材料包括GaN或AlGaN中的一種或多種。
[0016]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述緩沖層中的摻雜元素包括鐵元素或碳元素中的一種或多種。
[0017]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述支撐襯底為硅襯底。
[0018]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述成核層的材料包括A1N、A1或AI2O3中的一種或多種。
[0019]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，在剩余反應(yīng)腔室中形成的剩余薄膜層包括溝道層和勢皇層。
[0020]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述溝道層的材料為GaN。
[0021 ]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述勢皇層的材料為AlGaN。
[0022]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述設(shè)備包括3個反應(yīng)腔室，所述溝道層和勢皇層在同一個第三反應(yīng)腔室中形成。
[0023]進一步的，在所述的HEMT外延片的制作方法中，所述設(shè)備至少包括4個反應(yīng)腔室，所述溝道層和勢皇層分別在第三反應(yīng)腔室和第四反應(yīng)腔室中形成。
[0024]在本發(fā)明中，還提出了一種制備HEMT外延片的設(shè)備，用于制備如上文所述的HEMT外延片，包括m個反應(yīng)腔室，其中m為自然數(shù)，且m2 3。
[0025]進一步的，在所述的制備HEMT外延片的設(shè)備中，還包括η個傳遞腔，連接在m個反應(yīng)腔室之間，用于傳遞支撐襯底，其中η為自然數(shù)，且n〈m。
[0026]進一步的，在所述的制備HEMT外延片的設(shè)備中，還包括i個機械手臂，每一個所述傳遞腔內(nèi)至少設(shè)有一個機械手臂，其中i為自然數(shù)。
[0027]進一步的，在所述的制備HEMT外延片的設(shè)備中，所述制備HEMT外延片的設(shè)備為MOCVDo
[0028]進一步的，在所述的制備HEMT外延片的設(shè)備中，包括3個反應(yīng)腔室，分別為第一反應(yīng)腔室、第二反應(yīng)腔室和第三反應(yīng)腔室，所述第一反應(yīng)腔室用于形成成核層，所述第二反應(yīng)腔室用于形成緩沖層，所述第三反應(yīng)腔室用于形成溝道層和勢皇層。
[0029]進一步的，在所述的制備HEMT外延片的設(shè)備中，包括4個反應(yīng)腔室，分別為第一反應(yīng)腔室、第二反應(yīng)腔室、第三反應(yīng)腔室和第四反應(yīng)腔室，所述第一反應(yīng)腔室用于形成成核層，所述第二反應(yīng)腔室用于形成緩沖層，所述第三反應(yīng)腔室用于形成溝道層，所述第四反應(yīng)腔室用于形成勢皇層。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供具有至少三個反應(yīng)腔室的設(shè)備，將成核層固定于一個反應(yīng)腔室內(nèi)生長，將緩沖層固定于另一個腔體內(nèi)生長，將溝道層和勢皇層固定于其他反應(yīng)腔室內(nèi)生長，可以有效地防止反應(yīng)腔室內(nèi)殘留物揮發(fā)回熔對其他薄膜層質(zhì)量的影響，從而提高HEMT外延層的晶體質(zhì)量，進一步減小HEMT器件所存在的電流崩塌效應(yīng)和漏電流效應(yīng)。此外，還能夠避免緩沖層摻雜時摻雜元素回熔至溝道層和勢皇層中，降低溝道層和勢皇層的導(dǎo)電性能，提高溝道層和勢皇層的性能。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明一種HEMT外延片制作方法的流程圖；
[0032]圖2為本發(fā)明實施例一中制備HEMT外延片的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3至圖9為本發(fā)明實施例一中HEMT外延片的制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖10為本發(fā)明HEMT外延片制作完成后的剖面示意圖；
[0035]圖11為本發(fā)明實施例二中制備HEMT外延片的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖12至圖15為本發(fā)明實施例二中HEMT外延片的制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0037]下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的HEMT外延片的制作方法及制備HEMT外延片的設(shè)備進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0038]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0039]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0040]如圖1所示，本發(fā)明提供一種HEMT外延片的制作方法，包括步驟:
[0041]S100:提供設(shè)備，所述設(shè)備包括m個反應(yīng)腔室，其中m為自然數(shù)，且m2 3;
[0042]S200:提供支撐襯底，將所述支撐襯底置于第一反應(yīng)腔室中，并在第一反應(yīng)腔室中形成成核層；
[0043]S300:將形成有所述成核層的支撐襯底傳輸至第二反應(yīng)腔室中，并在第二反應(yīng)腔室中形成緩沖層，并對所述緩沖層進行摻雜；
[0044]S400:將形成有所述成核層及緩沖層的支撐襯底傳輸至剩余反應(yīng)腔室中，并在剩余反應(yīng)腔室中形成剩余薄膜層。
[0045]本發(fā)明采用包含三個以上反應(yīng)腔室的設(shè)備，能夠?qū)⒊珊藢庸潭ㄓ谝粋€反應(yīng)腔室內(nèi)生長，將緩沖層固定于另一個腔體內(nèi)生長，將溝道層和勢皇層固定于其他反應(yīng)腔室內(nèi)生長，可以有效地防止反應(yīng)腔室內(nèi)殘留物揮發(fā)回熔對其他薄膜層質(zhì)量的影響，從而提高HEMT外延層的晶體質(zhì)量，進一步減小HEMT器件所存在的電流崩塌效應(yīng)和漏電流效應(yīng)。此外，還能夠避免緩沖層摻雜時摻雜元素回熔至溝道層和勢皇層中，降低溝道層和勢皇層的導(dǎo)電性能，提高溝道層和勢皇層的性能。
[0046]下面結(jié)合圖2至圖15以及兩個具體實施例詳細描述本發(fā)明提供的HEMT外延片的制作方法及制備HEMT外延片的設(shè)備。
[0047]實施例一
[0048]如圖2所示，提出了一種制備HEMT外延片的設(shè)備，包括m個