外延结构及外延结构的制作方法与流程

本发明与外延结构有关；特别涉及一种具有良好外延品质的外延结构。

背景技术：

1、已知高电子移动率晶体管(high electron mobility transistor，hemt)是具有二维电子气(two dimensional electron gas,2-deg)的一种晶体管，其二维电子气邻近于能隙不同的两种材料之间的异质接合面，由于高电子移动率晶体管并非使用掺杂区域作为晶体管的载子通道，而是使用具有高电子移动性二维电子气作为晶体管的载子通道，因此高电子迁移率晶体管具有高崩溃电压、高电子迁移率、低导通电阻与低输入电容等特性，而能广泛应用于高功率半导体装置中。

2、一般而言，会于高电子移动率晶体管的外延层和基板之间设置一成核层作为两异质结构间的过渡层，以调和外延层和基板晶格不匹配的问题，并促使外延层能于基板上方顺利进行二维成长，而成核层的外延品质将会直接影响外延层的品质表现，因此，如何提供一种具有良好外延品质的成核层是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种外延结构及外延结构的制作方法，能提供一种具有良好外延品质的成核层。

2、为了实现上述目的，本发明提供的一种外延结构的制作方法包括，提供一碳化硅基板，设置于一成长腔室；于所述碳化硅基板表面形成一成核层，其中成长所述成核层所需的工艺气体包含一第一气体，于成长所述成核层的工艺中，包含执行一生长步骤，所述生长步骤包含执行一第一动作后接续执行一第二动作，所述第一动作包含通入所述第一气体至所述成长腔室，所述第二动作包含停止通入所述第一气体至所述成长腔室，重复执行所述生长步骤多次以形成所述成核层；于所述成核层表面形成一氮化物外延层。

3、其中执行所述生长步骤一次能成长厚度小于等于2nm的成核层。

4、其中所述第二动作包含停止通入所述第一气体至所述成长腔室并维持一第二时间区间，所述第二时间区间大于等于30秒且小于等于180秒。

5、其中所述成核层的外延生长速率为大于等于1.6且小于等于3.5nm/min。

6、其中成长所述成核层所需的工艺气体包含一第二气体，所述第二气体为含氮气体，于成长所述成核层的过程中，不中断的通入所述第二气体至所述成长腔室。

7、其中所述第一气体为含铝气体。

8、其中执行所述生长步骤时，控制所述成长腔室维持一高温温度。

9、所述高温温度大于等于摄氏1150度且小于等于1250度。

10、其中所述成核层包含含铝氮化物。

11、本发明另提供一种外延结构，包含一碳化硅基板、一成核层以及一氮化物外延层，所述成核层位于所述碳化硅基板上方且与所述碳化硅基板直接接触，所述成核层厚度大于等于70nm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)小于150arcsec；以及所述氮化物外延层位于所述成核层上方且与所述成核层直接接触。

12、其中所述成核层厚度小于100nm且大于等于70nm时，所述成核层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)小于150arcsec。

13、其中在原子力显微镜扫描5μm*5μm的范围下，所述成核层表面方均根粗糙度(rootmean square roughness，rms)小于0.2nm。

14、其中所述成核层的差排缺陷密度小于108/cm2。

15、其中所述氮化物外延层厚度小于2且大于等于1.5μm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)小于50arcsec。

16、其中所述氮化物外延层厚度小于1.5且大于等于1μm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)大于等于50且小于100arcsec。

17、其中所述氮化物外延层厚度小于1且大于等于0.7μm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)大于等于100且小于150arcsec。

18、其中所述成核层包含含铝氮化物。

19、本发明另提供一种外延结构，包含一碳化硅基板、一成核层以及一氮化物外延层，所述成核层位于所述碳化硅基板上方且与所述碳化硅基板直接接触，所述成核层厚度小于70nm时，所述成核层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)小于等于200且大于等于150arcsec；以及所述氮化物外延层位于所述成核层上方且与所述成核层直接接触。

20、本发明另提供一种外延结构，包含一碳化硅基板、一成核层以及一氮化物外延层，所述成核层位于所述碳化硅基板上方且与所述碳化硅基板直接接触，所述成核层厚度大于等于70nm；以及所述氮化物外延层位于所述成核层上方且与所述成核层直接接触，其中所述氮化物外延层厚度小于0.7μm且大于等于0.4μm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)大于等于150且小于200arcsec。

21、本发明另提供一种外延结构，包含一碳化硅基板、一成核层以及一氮化物外延层，所述成核层位于所述碳化硅基板上方且与所述碳化硅基板直接接触，所述成核层厚度大于等于70nm；以及所述氮化物外延层位于所述成核层上方且与所述成核层直接接触，其中所述氮化物外延层厚度小于0.4μm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)大于等于200且小于等于300arcsec。

22、本发明的效果在于，通过所述外延结构的制作方法所成长形成的所述成核层能使上方的所述氮化物外延层具有良好的品质表现，且所述成核层厚度大于等于70nm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽(fwhm)小于150arcsec。

技术特征：

1.一种外延结构的制作方法，包含：

2.如权利要求1所述的外延结构的制作方法，其中执行所述生长步骤一次能成长厚度小于等于2nm的成核层。

3.如权利要求1所述的外延结构的制作方法，其中所述第二动作包含停止通入所述第一气体至所述成长腔室并维持一时间区间，所述时间区间大于等于30秒且小于等于180秒。

4.如权利要求1所述的外延结构的制作方法，其中所述成核层的外延生长速率为大于等于1.6nm/min且小于等于3.5nm/min。

5.如权利要求1所述的外延结构的制作方法，其中成长所述成核层所需的工艺气体包含一第二气体，所述第二气体为含氮气体，于成长所述成核层的过程中，不中断的通入所述第二气体至所述成长腔室。

6.如权利要求1所述的外延结构的制作方法，其中所述第一气体为含铝气体。

7.如权利要求1所述的外延结构的制作方法，其中执行所述生长步骤时，控制所述成长腔室维持一高温温度。

8.如权利要求7所述的外延结构的制作方法，其中所述高温温度大于等于摄氏1150度且小于等于1250度。

9.如权利要求1所述的外延结构的制作方法，其中所述成核层包含含铝氮化物。

10.一种外延结构，包含：

11.如权利要求10所述的外延结构，其中所述成核层厚度小于100nm且大于等于70nm时，所述成核层于(002)晶面的半峰全宽小于150arcsec。

12.如权利要求10所述的外延结构，其中在原子力显微镜扫描5μm*5μm的范围下，所述成核层表面方均根粗糙度小于0.2nm。

13.如权利要求10所述的外延结构，其中所述成核层的差排缺陷密度小于108/cm2。

14.如权利要求10所述的外延结构，其中所述成核层厚度大于等于70nm且所述氮化物外延层厚度小于2μm且大于等于1.5μm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽小于50arcsec。

15.如权利要求10所述的外延结构，其中所述成核层厚度大于等于70nm且所述氮化物外延层厚度小于1.5μm且大于等于1μm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽大于等于50且小于100arcsec。

16.如权利要求10所述的外延结构，其中所述成核层厚度大于等于70nm且所述氮化物外延层厚度小于1μm且大于等于0.7μm时，所述氮化物外延层于(002)晶面的半峰全宽大于等于100且小于150arcsec。

17.如权利要求10所述的外延结构，其中所述成核层包含含铝氮化物。

18.一种外延结构，包含：

19.一种外延结构，包含：

20.一种外延结构，包含：

技术总结一种外延结构的制作方法包括，提供一碳化硅基板，设置于一成长腔室；于所述碳化硅基板表面形成一成核层，其中成长所述成核层所需的工艺气体包含一第一气体，于成长所述成核层的工艺中，包含执行一生长步骤，所述生长步骤包含执行一第一动作后接续执行一第二动作，所述第一动作包含通入所述第一气体至所述成长腔室，所述第二动作包含停止通入所述第一气体至所述成长腔室，重复执行所述生长步骤多次以形成所述成核层；于所述成核层表面形成一氮化物外延层。技术研发人员：林伯融受保护的技术使用者：环球晶圆股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12