一种在GaN表面生长高K介质的方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种在GaN表面生长高K介质的方法，应用于高性能、高功率、高击穿电压的第三代半导体MOS技术。

背景技术：

氮化镓半导体材料相对硅、砷化镓和磷化铟半导体材料而言，被称为第三代半导体材料，它固有的高击穿场强和高场强下具有的高饱和漂移速度等优良特性决定了它将在未来的高频、高温、特大功率器件中居领先地位。GaN材料是一种宽禁带(3.49eV)半导体，它具有电子饱和漂移速度快(2.7×10⁷cm/s)、临界击穿场强高(3.3MV/cm)、二维电子气密度高(15×10¹²cm‐2)、热导率高(>1.7W/cm.k)的特点。最新研究报道表明：在GaN‐HEMT器件栅槽表面制作栅介质，提高HEMT器件的栅极击穿电压，可以使得GaN‐MOSHEMT器件应用领域向大电压的电能电源领域不断拓展。然而，GaN表面生长高质量的栅介质一直以来都是一项具有挑战性的技术，通过技术研发，提高GaN‐MOS界面特性和介质特性成为必需，以满足高性能GaN MOS器件的技术要求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种在GaN表面生长高K介质的方法，以实现以氮化镓为沟道的高性能的MOSFET器件，除了可以满足高击穿场强的GaN基MOSFET器件的性能要求，还可以兼容现有的GaN‐pHEMT器件的制备工艺技术的要求。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种在GaN表面生长高K介质的方法，具体步骤如下：(1)对GaN表面进行常规有机清洗、RCA清洗；(2)采用ALD的方法生长一层AlON介质；(3)再生长一层HfAlON介质，(4)再生长一层HfO₂介质；(5)最后进行高温退火处理。

在上述方案中，步骤(2)中AlON介质的生长的具体过程如下：生长纬度为300度，ALD生长的前躯体为三甲基铝(TMA)、水、氨气；生长顺序氨气前躯体处理—氮气—三甲基铝处理—氮气—水汽处理—氮气，生长5个周期。

在上述方案中，步骤(3)中HfAlON介质的生长的具体过程如下：生长纬度为300度，ALD生长的前躯体为三甲基铝(TMA)、氯化铪、水、氨气；生长顺序氨气前躯体处理—氮气—三甲基铝处理—氮气—水汽处理—氮气—氯化铪—氮气，生长5个周期。

在上述方案中，步骤(4)中HfO₂介质的生长的具体过程如下：生长纬度为300度，ALD生长的前躯体为氯化铪、臭氧；生长顺序臭氧—氮气—氯化铪—氮气，HfO₂的厚度为20纳米。

在上述方案中，步骤(5)中对生长的介质层进行高温退火结晶，退火温度为600度，退火气氛为氮气。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种在GaN表面生长高K介质的方法，利用原子层沉积的方法，依次在GaN表面生长AlON介质，通过Al和N原子与Ga原子的良好键能，通过O原子与Al和N原子的良好键能，实现从GaN到AlON的介质界面过渡，从而实现良好的MOS界面，生长HfAlON和HfO₂的高K介质，并通过高温合金实现介质的结晶，从而达到减少介质缺陷的目的。所以本发明这种在GaN表面生长高K介质的方法，可以满足高性能GaN基MOS界面技术的要求。

附图说明

图1是本发明提供的在GaN表面生长高K介质的方法的流程图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种在GaN表面生长高K介质的方法，具体步骤如下：(1)对GaN表面进行常规有机清洗、RCA清洗；(2)采用ALD的方法生长一层AlON介质；(3)再生长一层HfAlON介质，(4)再生长一层HfO₂介质；(5)最后进行高温退火处理。

在本实施例中，步骤(2)中AlON介质的生长的具体过程如下：生长纬度为300度，ALD生长的前躯体为三甲基铝(TMA)、水、氨气；生长顺序氨气前躯体处理—氮气—三甲基铝处理—氮气—水汽处理—氮气，生长5个周期。

在本实施例中，步骤(3)中HfAlON介质的生长的具体过程如下：生长纬度为300度，ALD生长的前躯体为三甲基铝(TMA)、氯化铪、水、氨气；生长顺序氨气前躯体处理—氮气—三甲基铝处理—氮气—水汽处理—氮气—氯化铪—氮气，生长5个周期。

在本实施例中，步骤(4)中HfO₂介质的生长的具体过程如下：生长纬度为300度，ALD生长的前躯体为氯化铪、臭氧；生长顺序臭氧—氮气—氯化铪—氮气，HfO₂的厚度为20纳米。

在本实施例中，步骤(5)中对生长的介质层进行高温退火结晶，退火温度为600度，退火气氛为氮气。