[發(fā)明專利]硅襯底上生長氮化物外延層的方法及其半導(dǎo)體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210541617.5
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103872199A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬悅;黃占超;奚明
• 申請（專利權(quán)）人: 理想能源設(shè)備（上海）有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11319
• 代理人: 黃海霞

1.一種硅襯底上生長氮化物外延層的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、提供單晶硅襯底；

S2、在所述單晶硅襯底上沉積一層阻擋層；

S3、在所述阻擋層上沉積至少一層包括Al層和AlN層的Al/AlN超晶格層；

S4、采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法或氫化物氣相外延方法在所述Al/AlN超晶格層中AlN層上沉積AlN、GaN或AlGaN外延層，其中，在沉積AlN、GaN或AlGaN外延層過程中Al/AlN超晶格層中的Al層為融化狀態(tài)，釋放與相鄰阻擋層或AlN層間的應(yīng)力；

S5、在完成外延層沉積后對所述襯底進(jìn)行冷卻，冷卻過程中Al/AlN超晶格層中的Al層重新固化，對其相鄰阻擋層或AlN層施加壓應(yīng)力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4與S5間還包括：采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法或氫化物氣相外延方法沉積無摻雜、n型摻雜、或p型摻雜的GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN中一層或多層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中的阻擋層為Ti、TiN、Ta、TaN、AlN、Mo、W、Co、SiC、SiN中的一種或多種的組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述阻擋層采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀、或物理氣相沉積、或分子束外延、或原子層沉積方法沉積形成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中的Al/AlN超晶格層采用物理氣相沉積、分子束外延、或原子層沉積方法形成。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中的Al/AlN超晶格層中的Al層中有Ga摻雜。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述物理氣相沉積包括電子束蒸發(fā)或磁控濺射。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述磁控濺射的腔體采用襯底加偏壓的基座，所述腔體的靶材位于基座正上方。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：通過改變Al/AlN超晶格層生長的壓力、襯底上的偏置電壓、襯底的生長溫度以及襯底到靶材的高度來調(diào)整Al/AlN超晶格層的應(yīng)變。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述基座電性連接有射頻電壓，射頻電壓的頻率為60MHZ、13.56MHZ或2MHZ。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述靶材和基座的距離大于100mm。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述生長的壓力范圍從0.1mbar到50mbar，阻擋層的應(yīng)力會從張應(yīng)變變?yōu)閴簯?yīng)變。

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述靶材采用直流或脈沖電流，脈沖電流包括正電壓脈沖和負(fù)電壓脈沖相結(jié)合的方式、或負(fù)壓脈沖與0電壓脈沖結(jié)合的方式。

14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述靶材為單靶材或雙靶材，當(dāng)靶材為雙靶材時，對兩個靶材施加交流電壓，一個靶材為正電壓時另外一個靶材為負(fù)電壓，通過控制正電壓的幅度從而控制等離子體中到達(dá)襯底表面的等離子體的密度。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述靶材為純Al或Al合金或AlN。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述靶材為圓形的滾動結(jié)構(gòu)，襯底在靶材的正下方直線移動。

17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述Al/AlN超晶格層的生長過程具體包括：

從Al層的沉積到AlN層的沉積過渡時，先暫時停止Al層的沉積然后通入氮?dú)猓鹊綒怏w穩(wěn)定后再進(jìn)行AlN層沉積，或者連續(xù)進(jìn)行沉積，Al層沉積結(jié)束后，直接通入氮?dú)膺M(jìn)行AlN層的沉積；

從AlN層沉積到Al層沉積的過渡時，先暫時停止AlN層的沉積然后關(guān)閉氮?dú)猓鹊綒怏w穩(wěn)定后再進(jìn)行Al層沉積，或者連續(xù)進(jìn)行沉積，AlN層沉積結(jié)束時直接關(guān)閉氮?dú)饫^續(xù)Al層的沉積。

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述AlN層的沉積分步完成，不同步驟間溫度、壓力、氣體氛圍、電壓中至少一個參數(shù)改變。