本發(fā)明涉及半導(dǎo)體及半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體材料gan由于具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、導(dǎo)熱性能好等特點(diǎn)，已經(jīng)成為目前的研究熱點(diǎn)。在電子器件方面，gan材料比si和gaas更適合于制備高溫、高頻、高壓和大功率器件，因此gan基電子器件具有很好的應(yīng)用前景。在橫向器件中，為了抑制緩沖層泄漏電流，得到較好的器件開關(guān)特性，要求gan緩沖層半絕緣或者高阻。在垂直器件中，為了更好的限制電流需要，同樣要求gan緩沖層半絕緣或者高阻。

要獲得高阻氮化物材料，一種方法是生長(zhǎng)本征材料，費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中央；另一種方法是采用補(bǔ)償?shù)霓k法減小背景電子濃度，使費(fèi)米能級(jí)接近中央。對(duì)gan材料來(lái)說，生長(zhǎng)本征材料，工藝上極難實(shí)現(xiàn)，分子束外延(molecularbeamepitaxy，mbe)和有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積(metalorganicchemicalvapordeposition，mocvd)工藝生長(zhǎng)的非故意摻雜gan薄膜一般為n型，背景電子濃度很高，所以只能采用補(bǔ)償?shù)姆椒ń档捅尘半娮訚舛龋玫礁咦鑗an外延材料。常用的方法有：通過引入高密度的穿透位錯(cuò)，這些位錯(cuò)能夠形成陷阱，俘獲背景電子或者控制生長(zhǎng)條件實(shí)現(xiàn)高濃度c摻雜，c雜質(zhì)在gan體內(nèi)替代n原子作為受主雜質(zhì)，補(bǔ)償一部分由氧雜質(zhì)引入的背景電子。但是高密度位錯(cuò)對(duì)于生長(zhǎng)在gan高阻層之上的外延層通常是不希望看到的，不僅僅會(huì)直接影響輸運(yùn)特性，而且會(huì)影響表面形貌以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面的粗糙度，另外還可能使器件可靠性降低。此外，實(shí)現(xiàn)高濃度c摻雜需要低壓、低溫等生長(zhǎng)條件，通常也會(huì)引入大量位錯(cuò)。

因此，通過向gan體內(nèi)摻入補(bǔ)償性的雜質(zhì)形成穩(wěn)定受主無(wú)疑是一種好的選擇，這種雜質(zhì)要么能夠在gan內(nèi)部形成空穴，中和多余的電子，要么就是能夠在gan體內(nèi)形成深能級(jí)陷阱，俘獲背景電子。通過摻雜引入受主雜質(zhì)，例如fe和mg。由于mg的激活效率遠(yuǎn)低于fe，因此最常用的摻雜雜質(zhì)為fe。fe在gan中形成深受主能級(jí)成為電子陷阱，可以補(bǔ)償未摻雜生長(zhǎng)的gan中的自由電子形成半絕緣材料。在生長(zhǎng)fe摻雜gan高阻緩沖層生長(zhǎng)過程中fe原子具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力替代ga原子在表面富集。fe源關(guān)閉后，開始生長(zhǎng)非摻雜gan溝道層時(shí)富集在表面的fe一部分并入晶格一部分繼續(xù)偏析到表面，隨著厚度增加fe摻雜濃度逐漸降低，即fe在非摻雜gan溝道層中的拖尾效應(yīng)。在停止fe源(濃度2e18cm^-3)通入腔體后，至少需要繼續(xù)生長(zhǎng)厚度為1.2μm的ugan將fe摻雜濃度降至背景濃度(1e16cm^-3)以下，不然，當(dāng)fe進(jìn)入溝道層中形成深能級(jí)陷阱俘獲電子將減少二維電子氣(twodimensionalelectrongas，2deg)濃度以及形成雜質(zhì)散射降低遷移率。也就是說，緩沖層摻fe最初針對(duì)改善器件的特性可能會(huì)與預(yù)期的結(jié)果相反，降低器件的特性。

實(shí)現(xiàn)fe摻雜高阻緩沖層，需要找到合適的方法來(lái)降低fe摻雜拖尾效應(yīng)給器件性能帶來(lái)的影響。一種方法為調(diào)制摻雜，即高濃度f(wàn)e摻雜緩沖層靠近襯底側(cè)，遠(yuǎn)離溝道層，中間通過非故意摻雜緩沖層厚度調(diào)節(jié)濃度，但是這部分非故意摻雜緩沖層并不能保持高阻的特性。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的通過fe和c共摻的方法能夠使非故意摻雜緩沖層保持高阻，即在fe源關(guān)閉后，隨著非故意摻雜緩沖層中fe濃度緩慢下降的同時(shí)逐漸增加c摻雜濃度，但是如何實(shí)現(xiàn)fe、c共摻濃度的精確控制是一大難題。另一種方法是設(shè)置阻擋層，阻擋fe原子進(jìn)入上層gan溝道層，包括設(shè)置aln阻擋層、低溫gan阻擋層等。但是，aln晶格與緩沖層晶格失配產(chǎn)生較大的張應(yīng)力，很難獲得所希望厚度的沒有裂紋的高質(zhì)量aln薄膜，而低溫(900度)條件下生長(zhǎng)的gan阻擋層晶體質(zhì)量同樣較差，會(huì)引起器件性能的下降和可靠性問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種半導(dǎo)體器件及其制備方法，以解決上述問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括：

襯底；

位于所述襯底一側(cè)的緩沖層；

位于所述緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的溝道層；以及

位于所述溝道層遠(yuǎn)離所述緩沖層一側(cè)的勢(shì)壘層；

其中，所述緩沖層包括：

位于所述襯底一側(cè)且含有摻雜雜質(zhì)的高阻緩沖層，所述高阻緩沖層包括刻蝕掉富集于所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的摻雜雜質(zhì)后形成的刻蝕區(qū)。

進(jìn)一步地，所述緩沖層還包括：

從所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的表面生長(zhǎng)而成的外延層，所述外延層填充于所述刻蝕區(qū)，或所述外延層填充于所述刻蝕區(qū)并覆蓋所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的表面。

進(jìn)一步地，所述刻蝕區(qū)的刻蝕深度在5nm至50nm之間，所述外延層的厚度在50nm至500nm之間。

進(jìn)一步地，所述高阻緩沖層的厚度在0.5μm至2μm之間。

進(jìn)一步地，所述摻雜雜質(zhì)為fe，所述fe的濃度在1e17cm^-3至2e20cm^-3之間。

進(jìn)一步地，所述外延層由氮化物材料生長(zhǎng)而成，該氮化物材料包括gan、aln、inaln、algan、inalgan中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體器件還包括位于所述襯底和高阻緩沖層之間的成核層。

進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體器件還包括位于所述勢(shì)壘層遠(yuǎn)離所述溝道層一側(cè)的帽層。

本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件的制備方法，所述半導(dǎo)體器件的制備方法包括：

提供一襯底；

在襯底一側(cè)形成含有摻雜雜質(zhì)的高阻緩沖層；

對(duì)所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，去除富集的摻雜雜質(zhì)形成刻蝕區(qū)；

在位于外延層遠(yuǎn)離襯底一側(cè)形成溝道層；

在位于溝道層遠(yuǎn)離外延層一側(cè)形成勢(shì)壘層。

進(jìn)一步地，對(duì)所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，去除富集的摻雜雜質(zhì)形成刻蝕區(qū)的步驟之后，所述方法還包括：

從所述高阻緩沖層的刻蝕區(qū)一側(cè)生長(zhǎng)形成外延層，使所述外延層填充于所述刻蝕區(qū)，或使所述外延層填充于所述刻蝕區(qū)并覆蓋所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底一側(cè)的表面；

進(jìn)一步地，在襯底一側(cè)形成含有摻雜雜質(zhì)的高阻緩沖層的步驟之前，所述方法還包括：

在襯底一側(cè)形成成核層，所述成核層位于所述襯底和高阻緩沖層之間；

在位于溝道層遠(yuǎn)離外延層一側(cè)形成勢(shì)壘層之后，所述半導(dǎo)體器件的制備方法的步驟還包括：

在勢(shì)壘層遠(yuǎn)離所述溝道層一側(cè)形成帽層。

進(jìn)一步地，所述在襯底一側(cè)形成含有摻雜雜質(zhì)的高阻緩沖層的步驟，包括：

向制備爐反應(yīng)腔室內(nèi)通入nh3、tmga和cp2fe源，生長(zhǎng)形成高阻緩沖層，其中，fe的濃度在1e17cm^-3至2e20cm^-3之間，生長(zhǎng)溫度在900℃至1100℃之間；

高阻緩沖層生長(zhǎng)形成之后，關(guān)閉tmga和cp2fe源，并對(duì)所述高阻緩沖層進(jìn)行降溫。

進(jìn)一步地，所述對(duì)所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，去除富集的摻雜雜質(zhì)形成刻蝕區(qū)的步驟，包括：

向制備爐反應(yīng)腔室通入hcl和n2氣體，對(duì)高阻緩沖層表面進(jìn)行刻蝕形成刻蝕區(qū)，所述刻蝕區(qū)深度在5nm至50nm之間，其中，hcl氣體和n2氣體的摩爾量之比在0.001至1之間，反應(yīng)腔室的壓力在100torr至760torr之間；

刻蝕區(qū)刻蝕形成之后，關(guān)閉hcl和n2源，向制備爐反應(yīng)腔室通入nh3和h2氣體，并將溫度控制在900℃至1100℃之間。

進(jìn)一步地，所述對(duì)所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，去除富集的摻雜雜質(zhì)形成刻蝕區(qū)的步驟，包括：

將所述高阻緩沖層放入感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)腔室內(nèi)，并向所述感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)腔室內(nèi)通入刻蝕氣體，所述刻蝕氣體包括cl2、hcl；

開啟所述感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)腔室的激勵(lì)電源，激發(fā)感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)腔室內(nèi)的刻蝕氣體形成等離子體；

開啟所述感應(yīng)耦合等離子體的偏壓電源，對(duì)所述高阻緩沖層進(jìn)行刻蝕。

進(jìn)一步地，所述對(duì)所述高阻緩沖層遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，去除富集的摻雜雜質(zhì)形成刻蝕區(qū)的步驟，包括：

將所述高阻緩沖層放入濕法刻蝕機(jī)臺(tái)反應(yīng)腔室內(nèi)且配比為3:1的h2so4和h3po4溶液進(jìn)行腐蝕，腐蝕時(shí)間在3min至5min之間；

使用氨水、稀hcl、ch3coch3、酒精和去離子水依次對(duì)腐蝕后的高阻緩沖層進(jìn)行清洗。

在本發(fā)明中，通過對(duì)含有摻雜雜質(zhì)的高阻緩沖層表面進(jìn)行刻蝕，解決了摻雜雜質(zhì)在高阻緩沖層一側(cè)的表面生長(zhǎng)的非摻雜溝道層中的拖尾效應(yīng)，抑制了半導(dǎo)體器件特性退化。

進(jìn)一步地，通過刻蝕去除高阻緩沖層表面摻雜雜質(zhì)在其表面形成刻蝕區(qū)，并在所述刻蝕區(qū)生長(zhǎng)形成外延層以合并所述刻蝕區(qū)，從而降低后續(xù)生長(zhǎng)外延層的位錯(cuò)密度，提升了半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件制備方法的流程圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件另一種制備方法的流程圖。

圖4a～4c為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種緩沖層制備方法的步驟示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件的部分mocvd工藝生長(zhǎng)過程控制示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件所含摻雜雜質(zhì)的濃度分布圖。

圖7為現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體器件所含摻雜雜質(zhì)的濃度分布圖。

圖標(biāo)：100-半導(dǎo)體器件；110-襯底；120-成核層；130-緩沖層；131-高阻緩沖層；132-外延層；140-溝道層；150-勢(shì)壘層；160-帽層。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種半導(dǎo)體器件100包括襯底110、緩沖層130、溝道層140以及勢(shì)壘層150。

所述襯底110可以是由藍(lán)寶石、si、soi、sic、gan、aln、linbo3、稀土氧化物或者本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的任何其它適合生長(zhǎng)氮化物的材料所制成。

所述緩沖層130位于所述襯底110一側(cè)，起到粘合接下來(lái)需要生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料層的作用，又可以保護(hù)襯底110不被金屬離子侵入。本實(shí)施例中，所述緩沖層130包括位于所述襯底110一側(cè)且含有摻雜雜質(zhì)的高阻緩沖層131。所述高阻緩沖層131的制備材料包括氮化物。例如，包括gan、aln、inaln、algan、inalgan或其它半導(dǎo)體材料中的至少一種材料。優(yōu)選地，所述高阻緩沖層131由gan制成?？蛇x地，所述高阻緩沖層131的厚度在0.5μm至2μm之間。所述摻雜雜質(zhì)可以為fe，也可以為mg。本實(shí)施例中，所述摻雜雜質(zhì)優(yōu)選為激活效率較高的fe，并且所述fe的濃度在1e17cm^-3至2e20cm^-3之間。所述高阻緩沖層131包括刻蝕掉富集于所述高阻緩沖層131遠(yuǎn)離所述襯底110一側(cè)的摻雜雜質(zhì)后形成的刻蝕區(qū)。由于晶體表面缺陷處的刻蝕速率較快，刻蝕后在高阻緩沖層131一側(cè)形成許多位錯(cuò)坑或六棱錐微結(jié)構(gòu)組成的所述刻蝕區(qū)。所述刻蝕區(qū)深度在1nm至300nm之間，為了獲得良好的生長(zhǎng)界面，優(yōu)選地，刻蝕區(qū)深度在5nm至50nm之間。

本實(shí)施例中，所述緩沖層130還包括從所述高阻緩沖層131遠(yuǎn)離所述襯底110一側(cè)的表面生長(zhǎng)而成的外延層132。所述外延層132填充于所述刻蝕區(qū)，或所述外延層132填充于所述刻蝕區(qū)并覆蓋所述高阻緩沖層131遠(yuǎn)離所述襯底110一側(cè)的表面，使得該高阻緩沖層131在遠(yuǎn)離所述襯底110一側(cè)的表面形成一平坦化層?？蛇x地，所述外延層132的厚度在50nm至500nm之間。

所述溝道層140位于所述緩沖層130遠(yuǎn)離所述襯底110一側(cè)用以提供二維電子氣(twodimensionalelectrongas，2deg)運(yùn)動(dòng)的溝道，所述勢(shì)壘層150位于所述溝道層140遠(yuǎn)離所述緩沖層130一側(cè)?？蛇x地，所述溝道層140是厚度在50nm至1000nm之間的gan層，所述勢(shì)壘層150為厚度在10nm至50nm之間的algan層。所述溝道層140和勢(shì)壘層150組合形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。

可選地，本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件100還包括位于所述襯底110和緩沖層130之間的成核層120。所述成核層120隨著不同的襯底材料而變化，用于影響異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量、表面形貌以及電學(xué)性質(zhì)等參數(shù)，進(jìn)而起到匹配襯底材料和異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體材料層的作用。所述成核層120的制備材料可以包括gan、aln、algan或其它半導(dǎo)體材料中的至少一種材料?？蛇x地，所述成核層120厚度為在10nm至200nm之間。

本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件100還可以包括位于所述勢(shì)壘層150遠(yuǎn)離所述溝道層140一側(cè)的帽層160。所述帽層160可以為用于鈍化所述勢(shì)壘層150表面、降低柵電流并且使金屬/半導(dǎo)體歐姆接觸變得容易的鈍化層?？蛇x地，所述帽層160為厚度在1nm至10nm之間的gan層。

本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件100，通過對(duì)含有摻雜雜質(zhì)的高阻緩沖層131表面進(jìn)行刻蝕，解決了摻雜雜質(zhì)(如，fe)在高阻緩沖層131一側(cè)的表面生長(zhǎng)的非摻雜溝道層140中的拖尾效應(yīng)，抑制了半導(dǎo)體器件100特性退化。

進(jìn)一步地，通過刻蝕去除高阻緩沖層131表面摻雜雜質(zhì)的同時(shí)在其表面形成刻蝕區(qū)，并在所述刻蝕區(qū)生長(zhǎng)形成外延層132以合并所述刻蝕區(qū)，從而降低后續(xù)生長(zhǎng)外延層132的位錯(cuò)密度，提升了半導(dǎo)體器件100的穩(wěn)定性和可靠性。

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種半導(dǎo)體器件100的制備方法，所述方法包括：

步驟s110，提供一襯底110；

步驟s120，在襯底110一側(cè)形成含有摻雜雜質(zhì)的高阻緩沖層131；

步驟s130，對(duì)所述高阻緩沖層131遠(yuǎn)離所述襯底110的一側(cè)進(jìn)行刻蝕，去除富集的摻雜雜質(zhì)形成刻蝕區(qū)；

步驟s140，在位于外延層132遠(yuǎn)離襯底110一側(cè)形成溝道層140；

步驟s150，在位于溝道層140遠(yuǎn)離外延層132一側(cè)形成勢(shì)壘層150。

請(qǐng)參閱圖3，為了提升了半導(dǎo)體器件100的穩(wěn)定性和可靠性，可選地，在步驟s130之后，所述方法還包括：

步驟s160，從所述高阻緩沖層131的刻蝕區(qū)一側(cè)生長(zhǎng)形成外延層132，使所述外延層132填充于所述刻蝕區(qū)，或使所述外延層132填充于所述刻蝕區(qū)并覆蓋所述高阻緩沖層131遠(yuǎn)離所述襯底110一側(cè)的表面。

可選地，在步驟s120之前，所述方法還可以包括：

步驟s170，在襯底110一側(cè)形成成核層120，所述成核層120位于所述襯底110和高阻緩沖層131之間。成核層120形成之后，所述高阻緩沖層131形成于所述成核層120遠(yuǎn)離所述襯底110一側(cè)。

在形成勢(shì)壘層150之后，所述方法還可以包括：

步驟s180，在勢(shì)壘層150遠(yuǎn)離所述溝道層140一側(cè)形成帽層160。

基于以上方法步驟，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件100的具體制備方法可以有多種，以下將舉例對(duì)所述方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。

例如，在利用有機(jī)金屬化學(xué)汽相淀積(metalorganicchemicalvapordeposition，mocvd)工藝生長(zhǎng)氮化物外延層132的過程中，可以采用原位刻蝕高阻緩沖層131形成刻蝕區(qū)的制備方法。請(qǐng)參閱圖4a～4c，當(dāng)采用原位刻蝕高阻緩沖層131形成刻蝕區(qū)時(shí)，所述方法包括：

提供6h-sic襯底110，在h2環(huán)境中升溫至1050℃至1200℃對(duì)襯底110進(jìn)行熱處理10min至20min。然后，在襯底110一側(cè)生長(zhǎng)形成厚度在10nm至200nm之間的aln成核層120。緊接著，在aln成核層120遠(yuǎn)離所述襯底110一側(cè)生長(zhǎng)形成厚度在0.5μm至2μm之間的fe摻雜的高阻緩沖層131。

另外，請(qǐng)參閱圖5，首先，可向制備爐反應(yīng)腔室內(nèi)通入nh3、tmga和cp2fe源，fe的濃度在1e17cm^-3至2e20cm^-3之間，生長(zhǎng)溫度在900℃至1100℃之間。在高阻緩沖層131生長(zhǎng)形成之后，關(guān)閉tmga和cp2fe源，適當(dāng)降低制備爐反應(yīng)腔室內(nèi)溫度，將制備爐反應(yīng)腔室內(nèi)溫度控制在500℃至1000℃之間。緊接著，對(duì)高阻緩沖層131表面進(jìn)行刻蝕，關(guān)閉h2和nh3源，向制備爐反應(yīng)腔室內(nèi)通入hcl和n2氣體，對(duì)高阻緩沖層131的表面進(jìn)行刻蝕以形成位錯(cuò)坑或六棱錐微結(jié)構(gòu)的刻蝕區(qū)，如圖4a和4b所示。其中，hcl氣體和n2氣體的摩爾量之比在0.001至1之間，反應(yīng)腔室的壓力在100torr至760torr之間。刻蝕區(qū)深度控制在1nm至300nm之間。為了獲得良好的生長(zhǎng)界面，優(yōu)選地，刻蝕區(qū)深度控制在5nm至50nm之間。此后，關(guān)閉hcl和n2源，通入nh3和h2氣體，升高溫度，將溫度控制在900℃至1100℃之間。

刻蝕完成之后，打開tmga源，通過控制壓力、溫度和ⅴ/ⅲ比實(shí)現(xiàn)外延層132的側(cè)向生長(zhǎng)，進(jìn)而將刻蝕區(qū)形成的位錯(cuò)坑或六棱錐微結(jié)構(gòu)合并形成位于所述刻蝕區(qū)上方的外延層132，如圖4c所示。所述外延層132的厚度在50nm至500nm之間。

在mocvd工藝生長(zhǎng)氮化物外延層132的過程中，還可以采用其他刻蝕方法對(duì)高阻緩沖層131表面進(jìn)行刻蝕，例如，采用干法刻蝕或濕法刻蝕。

采用干法刻蝕時(shí)，可以將由藍(lán)寶石制成的襯底110在h2環(huán)境中升溫至1050℃至1200℃對(duì)襯底110進(jìn)行熱處理5min至20min。然后，降溫到500℃至900℃之間，在所述襯底110一側(cè)生長(zhǎng)形成厚度在20nm至40nm之間的gan、aln或algan等材料形成的成核層120。最后，在成核層120遠(yuǎn)離所述襯底110的一側(cè)生長(zhǎng)形成厚度在0.5μm至2μm之間的fe摻雜高阻緩沖層131。

詳細(xì)地，可首先向制備爐反應(yīng)腔室通入nh3、tmga和cp2fe源，fe的濃度控制在1e17cm^-3至2e20cm^-3之間，生長(zhǎng)溫度控制在950℃至1100℃之間。高阻緩沖層131生長(zhǎng)形成之后，關(guān)閉tmga和cp2fe源，在nh3保護(hù)下待所述高阻緩沖層131降溫至制備爐反應(yīng)腔室室溫后，將其取出。將摻雜fe高阻緩沖層131轉(zhuǎn)移至感應(yīng)耦合等離子體(inductivelycoupledplasma，icp)干法刻蝕機(jī)臺(tái)內(nèi)進(jìn)行表面刻蝕，刻蝕方法如下。

首先，將待刻蝕的高阻緩沖層131放入icp反應(yīng)腔室，并向所述icp反應(yīng)腔室內(nèi)輸入cl2、hcl等刻蝕氣體。在實(shí)際應(yīng)用中，為避免產(chǎn)生雜質(zhì)離子污染，可不使用氯化物，例如bcl3或sicl4。此外，還可以在輸入刻蝕氣體的同時(shí)，向反應(yīng)腔內(nèi)輸入少量的ar，即向icp反應(yīng)腔室內(nèi)通入cl2和少量ar的混合氣體，在刻蝕過程中ar可以起到增強(qiáng)物理刻蝕的作用，從而提高刻蝕速率，進(jìn)而提高工藝效率。接著，開啟icp的激勵(lì)電源，例如射頻電源，激勵(lì)電源向反應(yīng)腔室施加激勵(lì)功率，使icp反應(yīng)腔室內(nèi)的刻蝕氣體激發(fā)形成等離子體。再開啟icp的偏壓電源，偏壓電源向所述高阻緩沖層131施加偏壓功率，對(duì)所述高阻緩沖層131進(jìn)行刻蝕。

刻蝕完成之后，將刻蝕后的高阻緩沖層131清洗后重新放置在mocvd機(jī)臺(tái)進(jìn)行生長(zhǎng)以形成外延層132。打開tmga源，通過控制壓力、溫度和ⅴ/ⅲ比實(shí)現(xiàn)側(cè)向生長(zhǎng)，將緩沖層130表面刻蝕區(qū)形成的位錯(cuò)坑或六棱錐微結(jié)構(gòu)合并以形成厚度在50nm至500nm之間的外延層132。

采用濕法刻蝕與采用干法刻蝕的方法大致相同，不同之處在于，濕法刻蝕是將待刻蝕的高阻緩沖層131放入濕法刻蝕機(jī)臺(tái)的反應(yīng)腔室內(nèi)進(jìn)行刻蝕，具體方法如下。

首先，將待刻蝕的高阻緩沖層131放入濕法刻蝕機(jī)臺(tái)反應(yīng)腔室內(nèi)容設(shè)的配比為3:1的h2so4和h3po4溶液進(jìn)行腐蝕，腐蝕時(shí)間在3min至5min之間。腐蝕結(jié)束后，使用氨水、稀hcl、ch3coch3、酒精和去離子水依次清洗。

本發(fā)明根據(jù)fe摻雜gan生長(zhǎng)過程中在其表面偏析而富集的現(xiàn)象，通過干法刻蝕過程中與fe離子反應(yīng)生成氣態(tài)fecl3、fecl2，或濕法刻蝕過程中被酸腐蝕生成可溶性亞鐵鹽或鐵鹽，從而除去富集在表面fe離子。根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制備的半導(dǎo)體器件100，其中摻雜雜質(zhì)fe濃度分布如圖6所示，與圖7中所示的現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體器件100所含摻雜雜質(zhì)fe濃度分布相比，本發(fā)明可有效地抑制fe在緩沖層130之上生長(zhǎng)的i-gan溝道層140中的拖尾現(xiàn)象(圖6中假設(shè)的fe離子出現(xiàn)在i-gan溝道層140中是由于熱擴(kuò)散造成)。此外，刻蝕后在緩沖層130表面形成的位錯(cuò)坑或六棱錐微結(jié)構(gòu)(刻蝕區(qū))，通過側(cè)向生長(zhǎng)合并然后在合并后的薄膜層上繼續(xù)生長(zhǎng)gan外延層132，進(jìn)一步提高了氮化物晶體質(zhì)量。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“設(shè)置”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是直接設(shè)置，也可以通過中間媒介間接設(shè)置。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。