[发明专利]在氮化物半导体上沉积氮化硅（SiN）膜的方法

说明书

本发明公开了一种在氮化物半导体层上形成作为钝化膜的氮化硅膜的方法。该方法首先设定低于500℃的温度以装入其上具有氮化物半导体层的晶圆。然后，当置换气氛至纯氨气(NHsubgt;3/subgt;)或NHsubgt;3/subgt;分压大于0.2的NHsubgt;3/subgt;和Nsubgt;2/subgt;的混合气并且设定高于3kPa的压力时，该方法将温度升高至高于750℃的沉积温度。最后，将气氛减压至低于100Pa并供给二氯硅烷(SiHsubgt;2/subgt;Clsubgt;2/subgt;)，从而将SiN沉积在氮化物半导体层上。本发明还公开了一种形成氮化物半导体器件的方法。本发明的方法在氮化物半导体材料上沉积SiN膜的同时，氮化物半导体材料的表面基本不会分解。

相关申请的交叉引用

本申请根据35USC§119(a)要求于2017年4月3日提交的日本专利申请No.2017-073821的权益，为本文之所有目的，上述专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种在氮化物半导体材料上沉积氮化硅(SiN)膜的方法，具体而言，本发明涉及一种在氮化物半导体材料上沉积SiN膜的低压化学气相沉积(LPCVD)方法。

背景技术

日本专利申请待审查公开No.JP-2013-077621A和JP-2013-123047A公开了主要由氮化物半导体材料构成的高电子迁移率晶体管(HEMTs)。前一份文献中公开的HEMT包括位于由碳化硅(SiC)制成的衬底上的半导体层和由氮化硅(SiN)制成并且保护并钝化半导体层的钝化膜。该文献中所公开的钝化层(其通过等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)技术形成)设置了填充有栅极的开口。

后一份文献中公开的另一种HEMT包括这样的层叠体，该层叠体包括在衬底上形成的氮化物半导体材料。该层叠体覆盖有钝化膜。后一份专利文献公开了优选通过低压化学气相沉积(LPCVD)技术形成由Si₃N₄制成的钝化膜，其中沉积温度高于550℃，或进一步优选高于700℃。

由以氮化镓(GaN)为代表的氮化物半导体材料形成的半导体器件在本领域中成为主流。这种半导体器件需要绝缘膜来保护或钝化其表面，其中绝缘膜可由包含硅(Si)的无机材料制成，典型地有SiN、SiO₂、SiON等。由于SiN含有氮(N)，或两者(SiN和氮化物半导体材料)均为氮化物化合物意义上的普通材料，因此氮化物半导体材料通常具有由SiN构成的绝缘膜作为钝化膜。为了不使工艺温度过高，通常通过等离子体辅助工艺(如等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)或利用电子回旋共振的溅射)来形成这种SiN膜。然而，等离子体工艺不可避免地会在将要沉积SiN膜的氮化物半导体材料的表面上引起等离子体损伤。

而被称为低压CVD(LPCVD)的另一种CVD方法在硅定向器件的半导体加工中颇为流行。LPCVD方法在较高温度和较低沉积压力下进行，用于增强源气体的解离。由于工艺温度高，因此通过LPCVD方法沉积的SiN膜通常显示出良好的质量。

当将LPCVD技术应用于化合物半导体材料(例如GaN)的加工时，化合物半导体材料必然暴露于高沉积温度中，这将加速V族元素，即氮(N)、砷(As)、磷(P)等从材料表面的解离。因此，在LPCVD工艺后，化合物半导体材料的表面发生分解。此外，由于二氯硅烷(SiH₂Cl₂)能够增强沉积的SiN膜的均匀性，因此当将SiH₂Cl₂用作LPCVD方法中的硅(Si)的源气体时，由于包含在SiH₂Cl₂中的氯(Cl)进攻并侵蚀氮化物半导体材料，所以氮化物半导体材料的表面会不可避免的分解。

本发明提供了一种通过LPCVD技术在氮化物半导体材料上沉积SiN膜而该氮化物半导体材料的表面基本不分解的技术。

发明内容