[发明专利]形成氮化硅（SiN）膜和具有SiN膜的半导体器件的方法

说明书

本发明披露了一种用于氮化物半导体材料的低压化学气相沉积(LPCVD)技术的顺序。所述顺序包括如下步骤：将炉内温度设定为750℃至900℃；将炉内气氛置换为氨气(NH₃)；在初始压力下，通过供给二氯硅烷(SiH₂Cl₂)从而沉积SiN膜；随后在高于初始压力的沉积压力下沉积SiN膜。本发明的顺序的特征为：初始压力高于沉积压力的至少60％。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2017年12月6日提交的日本专利申请No. 2017-234266的优先权，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。本申请还涉及以下共同转让的美国专利申请U.S.Ser.No. 16/146,906，其全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及形成氮化硅(SiN)膜的方法以及形成具有该SiN膜的半导体器件的方法。

背景技术

日本专利申请公开No.JP2007-227449A披露了主要由氮化物半导体材料制成的高电子迁移率晶体管(HEMT)的场效应晶体管类型，以及形成HEMT的方法。该专利申请中披露的方法具有这样的顺序： (a)将衬底置于金属有机化学气相沉积(MOCVD)装置中；(b) 在20分钟内将装置内的温度升至1000℃；(c)将衬底保持于该温度下以清洁衬底表面；(d)在3分钟内将温度升至1100℃；(e)生长氮化铝(AlN)缓冲层；(f)在5分钟内将温度降至1070℃；(g) 依次生长氮化镓(GaN)沟道层和氮化铝镓(AlGaN)阻挡层；(h) 将温度降至700℃；和(i)通过化学气相沉积(CVD)技术沉积氮化硅(SiN)绝缘膜。

主要由GaN和分组于(grouped in)GaN中的材料制成的电子器件在本领域内变得流行。这种器件不可避免地具有绝缘膜以通过化学和机械方式保护半导体层的表面，其中绝缘膜通常由在较低温度下形成的氮化硅(SiN)制成，从而防止氮(N)由半导体层的表面解离。等离子体辅助化学气相沉积(p-CVD)(利用通过电子回旋共振 (ECR-CVD)产生的等离子体的另一种CVD技术)等是沉积SiN膜的典型技术，尤其是在化合物半导体工艺领域中。由此，半导体层的表面不可避免地暴露于等离子体中，这会造成表面中的损伤。

用于硅(Si)器件的半导体工艺可使用另一种沉积SiN膜的技术，如低压CVD(LPCVD)，这是因为Si无需考虑从其表面解离出来的元素。LPCVD可在低压下并在较高温度(优选高于700℃)下沉积 SiN膜。由于高沉积温度，由此沉积的SiN膜变得致密且紧凑并具有良好的质量。

LPCVD技术本身在Si器件的半导体工艺领域中变得流行；因此，LPCVD技术中的条件对于Si器件而言通常是足够的。例如，在 LPCVD装置中以高速供给源气体，以降低装载于装置中的晶片内以及晶片之间所沉积的膜的厚度的不均匀性。为了加速原料的供给速度，需要将装置的炉内压力降低。源气体，即，氨(NH₃)和二氯硅烷(SiH₃Cl₂)的供给量比例决定了沉积膜是否具有设计的折射率。在源气体分布于炉内之后，在将压力升至沉积压力之后，LPCVD技术沉积膜。

然而，在通过LPCVD技术进行的SiN膜的沉积中，已知NH₃的供给决定了氮(N)的含量；而原料之间的反应决定了硅(Si)的含量。因此，当氮化物半导体材料的LPCVD工艺采用已在Si工艺中证实的条件(即，在沉积开始时就将压力设定为较低)时，NH₃的供给不足，即，Si的供给过量；可能会在沉积膜中出现凝聚(condensed) 的Si，这降低了半导体层中沉积膜的附着性并且/或者多余的Si充当掺杂剂而在半导体层中进行侵蚀。在Si工艺中，首先难以产生凝聚的Si，甚至当LPCVD工艺产生了凝聚的Si时，用于沉积膜的半导体层为Si。另一方面，当用于氮化物半导体器件的工艺采用了LPCVD 技术时，凝聚的Si易于出现在半导体层上，并成为氮化物半导体层中的异物。

发明内容