一种降低硅基氮化镓材料中镓扩散引起的射频损耗的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113725068A(43)申请公布日2021.11.30(21)申请号202110870325.5(22)申请日2021.07.30(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人杨学林沈波马骋刘丹烁蔡子东陈正昊(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理有限公司11360代理人李稚婷(51)Int.Cl.H01L21/02(2006.01)C30B25/18(2006.01)C30B29/40(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种降低硅基氮化镓材料中镓扩散引起的射频损耗的方法(57)摘要本发明公开了一种降低硅基氮化镓材料中镓扩散引起的射频损耗的方法。在高阻硅衬底上进行外延生长前，通过预先进行的一炉AlN生长，对反应室中喷淋头和石墨盘等用AlN进行覆盖，从而有效阻挡了残余Ga向硅衬底中的扩散，进而降低了硅衬底和外延层界面处因Ga杂质引入的空穴造成的寄生电导，降低了硅基氮化镓射频器件的射频损耗。本发明方法能够有效抑制GaN材料在硅衬底上的外延过程中因残余Ga向硅衬底扩散带来的射频损耗，将对提高硅基氮化镓射频器件的性能发挥重要作用。CN113725068ACN113725068A权利要求书1/1页1.一种降低硅基氮化镓射频器件射频损耗的方法，采用金属有机物化学气相沉积法制备所述硅基氮化镓射频器件，其特征在于，在将制备所述射频器件的硅衬底放入反应室进行外延生长之前，对反应室进行如下预处理：对反应室进行高温烘烤，接着在另外的衬底上生长一层AlN。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应室是近耦合喷淋反应室。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对反应室进行高温烘烤是在氢气氛围中大于1000℃温度下对整个反应室进行烘烤。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预处理中生长AlN层的温度在1000℃以上。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预处理中生长的AlN层的厚度为100～300nm。2CN113725068A说明书1/3页一种降低硅基氮化镓材料中镓扩散引起的射频损耗的方法技术领域[0001]本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种解决硅基氮化镓射频器件在应用中面临的射频损耗问题的方法。背景技术[0002]以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物半导体具有大禁带宽度、高击穿电场、高饱和电子漂移速度以及强极化效应等优异的性质，特别是基于硅(Si)衬底和碳化硅(SiC)衬底上的铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)异质结构的高电子迁移率晶体管(HEMT)具有功率密度大、器件体积小、耐高温及可在高频下应用等优异特性，因此在射频功率器件领域大有可为。[0003]目前商业化的GaN基射频功率器件一般是采用SiC衬底进行AlGaN/GaN异质结构的外延，这得益于SiC衬底较好的散热性能和射频表现。而另一种衬底Si目前被应用得较少，主要原因之一就是由于Si基GaN射频器件存在非常严重的射频损耗问题，导致器件工作效率低下，造成大量能量的损耗，故很难较快投入商业化应用。但是，Si基GaN射频器件由于采用了具有更大尺寸和更低价格的Si作为衬底，因此拥有绝对的成本优势，而且由于Si基成熟的大规模集成电路，Si基射频器件也具有做成集成器件的潜力。因此，解决Si基GaN射频器件目前存在的射频损耗问题就显得尤为重要，这将推动低成本的GaN微波射频器件的大规模应用，推动射频产业的进步。[0004]金属有机物化学气相沉积(MOCVD)是目前产业化生长Si基GaN材料的主流设备，而导致Si上外延生长的GaN材料射频损耗大的主要原因之一就是III族原子的扩散。其中铝(Al)的扩散目前通过调控生长条件等技术路线已可以抑制到较低的程度，而镓(Ga)扩散尚无有效的抑制方案。Ga扩散具体指的是残留在MOCVD反应室中的Ga会在反应室的高温下向Si衬底扩散，进而在衬底表面形成P型空穴导电层，增加了原本为高阻的Si衬底的导电性，从而导致了微波射频器件在工作时有较大的射频损耗。[0005]关于残余Ga的来源有以下说明。近耦合喷淋反应室的喷淋头(showerhead)和盛放外延片的石墨盘(susceptor)两者与外延片距离小，在外延生长过程中就会有大量Ga，如含Ga的副产物或未反应的Ga源粘附在喷淋头和石墨盘上，这就对于下次外延生长过程造成了污染。目前已有清理残余Ga的方法是在每次外延生长完成后做高温烘烤(bake)，即在氢气氛围中大于1000℃下对整个反应室进行烘烤，借此来去除粘附的污染物。但仅凭此，清洁程度仍然不够。[0006]因此，如何尽可能高效地抑制残余Ga在材料外延过程中向高阻Si衬底进行扩散进而抑制射频损耗，对于提高Si基G