[发明专利]氮化硅膜的形成方法

说明书

披露了一种在氮化物半导体层上沉积氮化硅(SiN)膜的方法。该方法包括以下步骤：(a)将包括氮化物半导体层的外延衬底装入处于第一温度的反应炉内，并将炉内的气氛转换为氮气(N₂)；(b)将炉内的压力保持为高于30kPa，并将炉内的温度升至第二温度；(c)在第二温度下，将炉内气氛转换为氨气(NH₃)；(d)在低于100Pa的第二压力下，通过供给SiH₂Cl₂作为硅(Si)的源气体从而开始进行沉积。本发明的特征为从炉内温度达到临界温度到供给SiH₂Cl₂的时间长度小于20分钟，其中第一压力在所述临界温度下达到平衡压力。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2017年9月29日提交的日本专利申请No. JP-2017-191009和2018年5月24日提交的JP-2018-099897的优先权的权益，它们的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种形成由氮化硅(SiN)制成的钝化膜的方法，特别是形成用于氮化物半导体器件的SiN膜的方法。

背景技术

日本专利待审查公开Nos.JP-2013-077621A和JP-2013-127047公开了半导体器件类型的高电子迁移率晶体管(HEMT)。在前一专利文献中公开的HEMT在由碳化硅(SiC)制成的衬底上设置有由化合物半导体材料制成的半导体层和覆盖该半导体层的SiN钝化膜。该专利文献中所公开的SiN钝化膜设置有开口。形成栅极以通过该开口与半导体层接触。也就是说，栅极填充该开口。该文献中公开的 SiN钝化膜通过称为等离子体辅助化学气相沉积(p-CVD)技术的技术来形成。

在后一专利文献中公开的另一种HEMT具有在衬底上形成的半导体堆叠体，其中该半导体堆叠体包括氮化物半导体层。半导体堆叠体在其顶部被SiN钝化膜覆盖，确切地说，被由Si₃N₄制成的钝化膜覆盖，Si₃N₄是通过所谓的低压化学气相沉积(LPCVD)技术在高于550℃、优选高于700℃的生长温度下沉积而获得的。

由诸如氮化镓(GaN)之类的氮化物半导体材料制成的电子器件在本领域中变得非常流行。这种电子器件通常具有由包含硅(Si) 的无机材料(通常为氮化硅(SiN))制成的钝化膜，以便通过物理方式和化学方式保护氮化物半导体层的表面。SiN膜可以通过例如 p-CVD技术和/或使用电子回旋共振(ECR)等的溅射形成，其中这些技术可以在相对较低的温度下形成SiN膜。p-CVD和/或ECR溅射可能会使氮化物半导体层表面损坏。

在半导体制造工艺领域中，在半导体材料上形成SiN膜的另一种技术已知为LPCVD技术，其中LPCVD技术在相对较高的温度和较低的压力下形成具有令人满意的质量的SiN膜。LPCVD技术在主要由硅(Si)制成的半导体器件的制造工艺中非常流行，这是因为 Si材料固有地具有更强的耐温性。在LPCVD技术变得适用于由氮化物半导体材料制成的电子器件的情况下，这种器件可能具有吸引人的性能。

然而，当氮化物半导体材料设置在高温和低压条件下时，氮化物半导体材料中所包含的氮原子容易从其中解离，这降低了氮化物半导体材料的表面质量。另外，为了提高SiN膜的均匀性，优选二氯硅烷(SiH₂Cl₂)作为LPCVD技术中的硅(Si)的原料；然而，已知二氯硅烷中含有的氯(Cl)是蚀刻氮化物半导体材料的元素，这可能会进一步降低氮化物半导体材料表面的质量。

发明内容