一种可用于硅基集成的HEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可用于硅基集成的HEMT器件的制作方法及相应的HEMT器件，所述方法通过在锗上生长掺Fe的GaInP作为半绝缘层，生长GaInP作为缓冲层，在GaInP缓冲层上再制作HEMT器件。本发明专利技术可以有效地解决HEMT工艺与COMS工艺相兼容的问题，可为HEMT的硅基集成提供基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体集成器件及其制作方法，特别是涉及一种可用于硅基集成的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件及其制作方法。
技术介绍
在半导体集成电路及器件的制备过程中，硅是目前使用最广泛的材料。而CMOS工艺是制作大规模集成电路的主流工艺。为了集成电路能不断地按照摩尔定律发展，现在硅基器件的尺寸在不断缩小、器件的运算速度在不断增加。和硅基器件相比，II1-V族器件在同样的功耗下具有更高的速度，在同样的速度下具有更低的功耗，满足了人们对器件的进一步要求。现在II1-V族器件的应用已经从光电领域延伸到高速、低功耗的电路中。因此在硅基上实现II1-V族器件的制备是应对硅基集成挑战的有效方法。由于硅和II1-V族器件的晶格常数、热胀系数等多种参数并不匹配，如果直接在硅上外延II1-V族化合物，将会出现位错、缺陷等问题。同时，由于极性材料在非极性衬底上外延以及衬底台阶的存在，在外延层中会产生大量的反相畴(Ant1-phase domain,APD),而反相畴边界(Ant1-phase boundary, APB)是载流子的散射和复合中心,这将影响到电子的迁移率。现有技术中已经使用了多种方法来克服这个问题，比如生长缓冲层、键合等等。在II1-V族器件中，高电子迁移率晶体管(HEMT)具有独特的调制掺杂异质结，避免了电子受杂质的散射，从而使器件具有较高的速度。HEMT是电压控制器件，HEMT通过控制栅极电压的变化使源极、漏极之间的沟道电流产生相应的变化，从而放大信号。由于它具有高频率低噪声的特点，现在已经被用在了卫星电视、移动通信、军事通信和雷达系统的接收电路中。尽管HEMT有独特的优点和广泛的应用，但是，由于HEMT本身的稳定性、电路复杂性和费用等因素，HEMT工艺和CMOS工艺不是很兼容。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是HEMT工艺与COMS工艺相兼容的问题。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提出一种可用于硅基集成的HEMT器件的制备方法，其包括以下步骤:步骤A:对由锗构成的衬底进行预处理；步骤B:将所述衬底进行加热，然后进行退火处理；步骤C:在所述衬底上生长掺杂Fe的GaInP半绝缘层；步骤D:在所述掺杂Fe的GaInP半绝缘层上继续外延生长GaInP缓冲层；步骤E:在所述GaInP缓冲层上形成半导体叠层，该半导体叠层自下而上包括GaAs沟道层、未掺杂的AlGaAs隔离层和重掺杂的AlGaAs供应层；步骤F:在所述半导体叠层上生长高掺杂的GaAs帽层；步骤G:在所述GaAs帽层中形成源极和漏极；步骤H:在所述GaAs帽层中形成栅极。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述衬底为晶面方向为(100)的晶体锗，并且偏向〈111〉晶向4° 6°。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述步骤B包括在磷烷气体氛围中将所述锗衬底加热到700°C，然后再退火lOmin。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述步骤C包括采用MOCVD的方法生长掺铁GaInP半绝缘层，其条件是，反应室压力为60mbar，三甲基镓、三甲基铟作为III族源，磷烷作为V族源,二乙基铁作为铁的有机源,生长厚度为I μ m。5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中控制Fe在GaInP中的掺杂浓度为3 X IO17 90 X IO1Vcm3。6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D中生成的GaInP缓冲层的厚度为300nm。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述步骤C和步骤D中分别生长的掺杂Fe的GaInP半绝缘层和GaInP缓冲层中Ga的组分为0.51。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述步骤E形成的的GaAs沟道层还包括在所述半导体叠层中形成的二维电子气。本专利技术还提出一种可用于硅基集成的HEMT器件，包括由锗构成的衬底，以及:掺杂Fe的GaInP半绝缘层，位于所述衬底之上；GaInP缓冲层，位于所述掺杂Fe的GaInP半绝缘层之上；半导体叠层，位于所述GaInP缓冲层，该半导体叠层包括GaAs沟道层、未掺杂的AlGaAs隔离层和重掺杂的AlGaAs供应层；GaAs帽层，位于所述半导体叠层之上；源极、漏极和栅极，形成于所述GaAs帽层中。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述GaAs沟道层还包括在所述半导体叠层中形成的二维电子气。(三)有益效果本专利技术通过在锗上生长掺铁的GaInP作为半绝缘层，可以将HEMT器件制作在锗衬底上，可为HEMT的硅基集成提供技术基础。附图说明图1为本专利技术的方法的一个实施例中GaInP缓冲层生成后的结构示意图2为本专利技术的方法的一个实施例中帽层生成后的结构示意图3为本专利技术的方法的一个实施例中湿法腐蚀出台面后的结构示意图4为本专利技术的方法的一个实施例中制作好源极、漏极和栅极后的HEMT结构示意图5是本专利技术的方法的一个实施例中半导体层二维电子气2DEG的示意图。图中各附图标记的含义如下:1-锗衬底，2-半绝缘层，3-缓冲层，4-沟道层，5-隔离层，6_供应层，7_帽层，8_源极，9-漏极，10-栅极。具体实施方式针对现有技术的不足，本专利技术提出一种新的HEMT的制作方法及该方法制作的用于硅基集成的HEMT器件。该方法包括:在锗(Ge)上生长掺铁的GaInP作为半绝缘层，生长GaInP作为缓冲层，在GaInP上再制作HEMT器件。GalnP/Ge的结构广泛用于太阳能电池的制作中，可以用于提高电池的效率。而掺铁的GaInP由于具有高阻特性，也被用于半导体器件制作。因此在锗上生长掺铁的GaInP作为半绝缘层，可以用于制作HEMT器件。如果进一步将锗生长在硅基上，则这种结构可以方便的用于集成，从而有效地解决HEMT工艺与COMS工艺相兼容的问题，可为HEMT的硅基集成提供基础。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图1 图5显示了本专利技术的制备方法的一个实施例的各步骤。请参阅图1 图5，本专利技术提供一种可用于硅基集成的HEMT器件的制备方法，包括以下步骤:步骤A、对由锗构成的衬底进行预处理。该步骤采用低阻晶体锗作为衬底。其电阻率在0.01 0.1 Ω.cm，砷化镓和锗材料有较小的晶格常数失配和较小的热膨胀系数差，因此将来可以将锗作为制备高质量硅基砷化镓材料的缓冲层。如图1所示，附图标记I为衬底，在一种实施方式中，对衬底I进行预处理的步骤包括采用5 %的HF和5 %的H2O2循环洗三遍，最后用5 %的HF清洗，每种溶液的清洗时间是30s ;5%的HF的作用是去掉氧化物，5%的H2O2的作用是氧化Ge的表面，经过循环的氧化与去氧化物，得到的是粗糙度低、新鲜的Ge表面。所述锗衬底I优选为晶面方向为(100)的晶体锗，并且偏向〈111〉晶向4° 6°，优选为6°。采用这种大偏向的衬底是为了抑制反相畴的生成。步骤B、将所述衬底进行加热，然后进行退火处理。对衬底I进行加热，然后进行退火，这样可以尽量减少衬底表面的碳和氧污染，并且在Ge的表面形成稳定的双原子台阶，以获得高质量的Ge/GalnP界面和GaInP层。在一种实施方式中，将衬底I放入MOCVD (金属有机物化学气相外延)设备的反应室中，在通磷烷气体的氛围中，将锗衬底I先加热到700°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于硅基集成的HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：对由锗构成的衬底进行预处理；步骤B：将所述衬底进行加热，然后进行退火处理；步骤C：在所述衬底上生长掺杂Fe的GaInP半绝缘层；步骤D：在所述掺杂Fe的GaInP半绝缘层上继续外延生长GaInP缓冲层；步骤E：在所述GaInP缓冲层上形成半导体叠层，该半导体叠层自下而上包括GaAs沟道层、未掺杂的AlGaAs隔离层和重掺杂的AlGaAs供应层；步骤F：在所述半导体叠层上生长高掺杂的GaAs帽层；步骤G：在所述GaAs帽层上形成源极和漏极；步骤H：在所述GaAs帽层中形成栅极。

【技术特征摘要】
1.一种可用于硅基集成的HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤A:对由锗构成的衬底进行预处理； 步骤B:将所述衬底进行加热，然后进行退火处理； 步骤C:在所述衬底上生长掺杂Fe的GaInP半绝缘层； 步骤D:在所述掺杂Fe的GaInP半绝缘层上继续外延生长GaInP缓冲层； 步骤E:在所述GaInP缓冲层上形成半导体叠层，该半导体叠层自下而上包括GaAs沟道层、未掺杂的AlGaAs隔离层和重掺杂的AlGaAs供应层； 步骤F:在所述半导体叠层上生长高掺杂的GaAs帽层； 步骤G:在所述GaAs帽层上形成源极和漏极； 步骤H:在所述GaAs帽层中形成栅极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为晶面方向为(100)的晶体锗，并且偏向〈111〉晶向4° 6°。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括在磷烷气体氛围中将所述锗衬底加热到700°C，然后再退火lOmin。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括采用MOCVD的方法生长掺铁GaInP半绝缘层，其条件是，反应室压力为60mbar，三甲基镓、三甲基铟作为III族源，磷烧作为V族源,二乙基铁作为铁的有机源,生...

【专利技术属性】
技术研发人员：米俊萍，周旭亮，于红艳，李梦珂，李士颜，潘教青，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：