一种晶体管外延结构的制备方法与流程

本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种晶体管外延结构的制备方法。

背景技术：

晶体管是一种应用广泛的半导体器件，常用于各种电子产品器件。在制备晶体管时，需要先制备晶体管外延结构。当前一种晶体管外延结构包括单晶si衬底与依次生长在单晶si衬底上的aln成核层、aln缓冲层、algan层、第一高阻gan层、algan/gan超晶格结构与第二高阻gan层。

但由于gan材料与单晶si单晶si衬底的晶格失配较大，gan材料在单晶si衬底上生长时的质量较差，algan层等结构虽可起到缓解gan材料与单晶si衬底之间的晶格失配的作用，但其作用有限，最终得到的晶体管外延结构的质量仍不够理想。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种晶体管外延结构的制备方法，能够提高晶体管外延结构的质量。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种晶体管外延结构的制备方法，所述制备方法包括：

提供一单晶si衬底；

在所述单晶si衬底上生长aln成核层；

在所述aln成核层上生长aln缓冲层；

在所述aln缓冲层上生长algan层，其中，在所述aln缓冲层上生长algan层时，向反应腔内通入al源与ga源，向所述反应腔内通入的al源的流量逐渐减小，向所述反应腔内通入的ga源的流量逐渐增加；

在所述algan层上生长第一高阻gan层；

在所述第一高阻gan层上生长algan/gan超晶格结构；

在所述algan/gan超晶格结构上生长第二高阻gan层。

可选地，所述al源的流量由100～200sccm逐渐减小至10～20sccm，所述ga源的流量由100～200sccm逐渐增加至2000～2500sccm。

可选地，所述al源的流量由100～200sccm线性减小至10～20sccm，所述ga源的流量由100～200sccm线性增加至2000～2500sccm。

可选地，所述al源的流量每秒减少5～15sccm，所述ga源的流量每秒增加20～40sccm。

可选地，所述algan层的生长厚度为220～250nm。

可选地，所述aln成核层采用磁控溅射的方式生长。

可选地，所述aln成核层的生长厚度为10～15nm。

可选地，所述aln成核层的生长压力为3～10mpar。

可选地，所述aln成核层在氢气、氮气与氩气的混合气体环境下生长。

可选地，所述aln缓冲层的生长厚度为100～180nm。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在aln缓冲层上生长algan层时，向反应腔内通入的al源的流量逐渐减小，向所述反应腔内通入的ga源的流量逐渐增加，这种设置使得最终得到的algan层中al的组分沿其生长方向逐渐减小，algan层中ga的组分沿其生长方向逐渐增加。因此algan层与aln缓冲层接触的一面的晶格常数与aln缓冲层的晶格常数较为接近，而algan层与第一高阻gan层接触的一面的晶格常数与第一高阻gan层的晶格常数较为接近，algan层可同时实现与aln缓冲层及第一高阻gan层的良好匹配，这种生长方式可使得在aln缓冲层上生长的algan层以及algan层上生长的第一高阻gan层的质量较好，最终提高晶体管外延结构的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种晶体管外延结构的制备方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种晶体管外延结构的示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种晶体管外延结构的制备方法流程图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种晶体管外延结构的制备方法流程图，如图1所示，该制备方法包括：

s101：提供一单晶si衬底。

s102：在单晶si衬底上生长aln成核层。

s103：在aln成核层上生长aln缓冲层。

s104：在aln缓冲层上生长algan层，其中，在aln缓冲层上生长algan层时，向反应腔内通入al源与ga源，向反应腔内通入的al源的流量逐渐减小，向反应腔内通入的ga源的流量逐渐增加。

s105：在algan层上生长第一高阻gan层。

s106：在第一高阻gan层上生长algan/gan超晶格结构。

s107：在algan/gan超晶格结构上生长第二高阻gan层。

在aln缓冲层上生长algan层时，向反应腔内通入的al源的流量逐渐减小，向所述反应腔内通入的ga源的流量逐渐增加，这种设置使得最终得到的algan层中al的组分沿其生长方向逐渐减小，algan层中ga的组分沿其生长方向逐渐增加。因此algan层与aln缓冲层接触的一面的晶格常数与aln缓冲层的晶格常数较为接近，而algan层与第一高阻gan层接触的一面的晶格常数与第一高阻gan层的晶格常数较为接近，algan层可同时实现与aln缓冲层及第一高阻gan层的良好匹配，这种生长方式可使得在aln缓冲层上生长的algan层以及algan层上生长的第一高阻gan层的质量较好，最终提高晶体管外延结构的质量。

图2是本发明实施例提供的一种晶体管外延结构的示意图，执行完步骤s107后的晶体管外延结构可如图2所示，该晶体管外延结构可包括单晶si衬底1及依次层叠在单晶si衬底1上的aln成核层2、aln缓冲层3、algan层4、第一高阻gan层5、algan/gan超晶格结构6及第二高阻gan层7。

图3是本发明实施例提供的另一种晶体管外延结构的制备方法流程图，如图3所示，该制备方法包括：

s201：提供一单晶si衬底。

s202：在单晶si衬底上采用磁控溅射的方式生长aln成核层。

使用磁控溅射的方式在单晶si衬底上生长aln成核层，得到的aln成核层的质量较好，且这种生长方式也可减小单晶si衬底上的si原子的扩散(在单晶si衬底上生长晶体管外延结构时，单晶si衬底上的部分si原子会扩散至gan材料并与其反应，影响晶体管外延结构中的第一高阻gan层与第二高阻gan层的晶体质量)，减小单晶si衬底会对gan材料的影响，进一步保证晶体管外延结构的晶体质量。

步骤s202中，aln成核层可在氢气、氮气与氩气的混合气体环境下生长。此条件下生长得到的aln成核层的生长质量较好，进而可保证在aln成核层上生长的结构的质量。

具体地，步骤s202中，可以金属al作为靶材，在单晶si衬底上生长aln成核层。

可选地，aln成核层的生长温度可为400～600℃。aln成核层的生长温度在此范围内时，可以抑制单晶si衬底上的si原子扩散，保证晶体管外延结构的生长质量。

示例性地，aln成核层的生长压力可为3～10mpar。此条件下生长得到的aln成核层的生长质量较好，进而可保证在aln成核层上生长的结构的质量。

可选地，aln成核层的生长厚度可为10～15nm。aln成核层的生长厚度在此范围内即可保证在aln成核层上生长得到的aln缓冲层等结构的质量，同时相对传统的aln成核层的厚度有所减小，有利于减小晶体管外延结构的制备成本。

s203：在aln成核层上生长aln缓冲层。

可选地，步骤s203可包括：在氢气氛围下，向反应腔内通入tmal作为iii族源，向反应腔内通入nh3作为v族源，生长aln缓冲层。得到的aln缓冲层的质量较好。

其中，向反应腔内通入的v族源与iii族源的比值可为500～1000。能得到质量较好的aln缓冲层。

可选地，aln缓冲层的生长温度可为1000～1100℃，aln缓冲层的生长压力可为50～150torr下。aln缓冲层的低压高温生长可保证aln缓冲层表面平整度，得到的aln缓冲层的质量较好。

示例性地，aln缓冲层的生长厚度可为100～180nm。aln缓冲层的生长厚度在此范围内即可保证在aln缓冲层上生长的结构的质量，同时不会增加晶体管外延结构的制备成本。

s204：在aln缓冲层上生长algan层，其中，在aln缓冲层上生长algan层时，向反应腔内通入al源与ga源，向反应腔内通入的al源的流量逐渐减小，向反应腔内通入的ga源的流量逐渐增加。

可选地，步骤s204可包括：在氢气氛围下，向反应腔内通入tmal、tmga作为iii族源，向反应腔内通入nh3作为v族源，生长algan层。得到的algan层的质量较好。

可选地，algan层的生长温度可为1050～1080℃，algan层的生长压力可为80～90torr下。这种生长方式可保证algan层表面平整度，得到的algan层的质量较好。

可选地，al源的流量可由100～200sccm逐渐减小至10～20sccm，ga源的流量可由100～200sccm逐渐增加至2000～2500sccm。这种设置可使得最终生长得到的algan层与aln缓冲层及第一高阻gan层之间的良好匹配，较大程度地减小由晶格失配带来的晶体缺陷，进一步保证晶体管外延结构的晶体质量。

其中，al源的流量由100～200sccm可线性减小至10～20sccm，ga源的流量由100～200sccm可线性增加至2000～2500sccm。al源的线性减小与ga源的线性增加都是较容易实现的生长方式，且得到的algan层的质量也较好。

示例性地，al源的流量可每秒减少5～15sccm，ga源的流量可每秒增加20～40sccm。此时生长得到的algan层的内部缺陷较少，可提高最终得到的晶体管外延结构的晶体质量。

可选地，algan层的生长厚度可为220～250nm。在此条件下可得到生长质量较好的algan层，也可保证在algan层上生长的第一高阻gan层的质量。

s205：在algan层上生长第一高阻gan层。

可选地，步骤s205可包括：在氢气氛围下，向反应腔内通入tmga作为iii族源，向反应腔内通入nh3作为v族源，生长第一高阻gan层。得到的第一高阻gan层的质量较好。

示例性地，第一高阻gan层的生长温度可为1050～1060℃，第一高阻gan层的生长压力可为120～150torr下。这种生长方式可保证第一高阻gan层表面平整度，得到的第一高阻gan层的质量较好。

其中，向反应腔内通入的v族源与iii族源的比值可为5000～10000。能得到质量较好的第一高阻gan层。

第一高阻gan层的生长厚度可为900～1000nm。

s206：在第一高阻gan层上生长algan/gan超晶格结构。

其中，algan/gan超晶格结构包括交替层叠的algan层与gan层。

algan层的生长厚度与gan层的生长厚度均可为2nm。得到的algan/gan超晶格结构的质量较好，也可保证在algan/gan超晶格结构上生长的第二高阻gan层的质量。

algan层与gan层的层数均可为15～25。

在生长algan层与gan层时，可在氢气氛围下，向反应腔内通入tmga、tmal作为iii族源，向反应腔内通入nh3作为v族源。得到的algan/gan超晶格结构的质量较好。

示例性地，algan/gan超晶格结构的生长温度可为1050～1060℃，algan/gan超晶格结构的生长压力可为70～90torr下。这种生长方式可保证algan/gan超晶格结构表面平整度，得到的algan/gan超晶格结构的质量较好。

其中，向反应腔内通入的v族源与iii族源的比值可为5000～10000。能得到质量较好的algan/gan超晶格结构。

s207：在algan/gan超晶格结构上生长第二高阻gan层。

可选地，步骤s207可包括：在氢气氛围下，向反应腔内通入tmga作为iii族源，向反应腔内通入nh3作为v族源，生长第二高阻gan层。得到的第二高阻gan层的质量较好。

示例性地，第二高阻gan层的生长温度可为1050～1060℃，第二高阻gan层的生长压力可为12～175torr。这种生长方式可保证第二高阻gan层表面平整度，得到的第二高阻gan层的质量较好。

其中，向反应腔内通入的v族源与iii族源的比值可为5000～10000。能得到质量较好的第二高阻gan层。

第二高阻gan层的生长厚度可为900～1000nm。

需要说明的是，在本发明实施例提供的晶体管外延结构中，衬底上的除aln成核层外的层次结构均可采用金属有机化学气相沉积(mocvd)外延技术进行生长。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。