[發明專利]用于沉積氮化鋁層的方法

在審

• 申請號: 201380045033.1
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN104583468A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 洛倫佐·卡斯塔爾迪;馬丁·克拉策;海因茨·費爾澤;小羅伯特·馬馬扎;貝恩德·亨氏
• 申請（專利權）人: 歐瑞康高級技術股份公司
• 主分類號: C30B23/02
• 分類號: C30B23/02;C30B29/40;H01L21/02
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王占杰

技術領域

在這里描述一種用于沉積氮化鋁層的方法。

背景技術

AlGaN/GaN基半導體被用于諸如發光二極管、激光二極管、光伏太陽能電池以及例如高電子遷移率晶體管的電力器件的各種器件中。

發光二極管(LED)的基本結構相當于pn半導體二極管，從而兩者呈現類似的特性。差異在于用于LED的半導體材料。非發光二極管由硅或者有時由鍺或硒制成，然而用于LED的半導體材料為Ⅲ族-Ⅴ族半導體，通常為鎵化合物。

如果以正向施加電壓，則電子從LED的n摻雜側向p摻雜側遷移，并發射光。所發射的光的波長以及因波長而決定的光的顏色，取決于形成pn結的材料的帶隙能量。在硅或鍺二極管中，因為硅和鍺是間接帶隙材料，所以電子和空穴通過不引起光發射的非輻射式躍遷而復合。用于LED的材料具有能量對應于近紅外光、可見光或近紫外光的直接帶隙。

LED通常構建在N型基底上，并具有附著于P型層的電極，其中，P型層沉積在N型基底的表面上。雖然比較少見，但也使用P型基底。一些商業化的LED(尤其是GaN/InGaN)使用硅基底。

GaN和硅基底之間的大的晶格失配可以通過利用多次生長步驟來匹配，以適應晶格應變并且能夠生長高質量的GaN膜。

由于AlN和硅基底之間的晶格失配較小，因而可以在基底上沉積中間性的外延生長的AlN層，并將該外延生長的AlN層用作其上能夠生長GaN的模板。因此，AlN緩沖層的應用可以用來克服MOCVD工藝所需要的富有挑戰性的成核步驟，從而在諸如硅的各種基底上生長GaN。

US?6,391,748?B1公開了一種外延膜形成方法，該方法能夠通過分子束外延生長在硅基底上制造氮化鋁層。通過如下步驟來開始生長AlN層：使硅基底經受氨的背景，然后反復地交替(1)不具有氨的Al和(2)不具有Al的氨的流量。在AlN充分覆蓋硅結構的表面之后，再使晶片經受同時施加的氨和鋁的流量，以使外延生長過程繼續進行。這一過程使得籍由分子束外延生長設備中的背景氮水平而形成的非晶氮化硅(SiN_x)化合物在基底的表面上的形成最小化。對于形成高質量的AlN而言，需要無非晶氮化硅的表面。

然而，反復提供交替的流量是非常耗時的，并且為了創建MBE工藝所必需的超高真空而付出的努力是極大的。為了實現比大氣壓力的10^-12還要小的壓力，該方法需要數個真空泵長時間地進行抽吸。此外，該方法僅能同時處理一個晶片，并且晶片每小時僅生長大約1微米。

因此，期望能夠在硅基底上沉積氮化鋁層的其它方法。

發明內容

提供了一種用于在硅基底上沉積氮化鋁半導體層的方法，所述方法包括：提供硅基底；將基底放置在真空室中；通過蝕刻來調整基底的表面，并提供調整的表面；將基底加熱到溫度T₁；在氬的氣氛下通過濺射法在基底的調整的表面上沉積鋁膜；在氮和氬的氣氛下通過濺射法在鋁膜上沉積外延的氮化鋁層。

已發現提供調整的表面的蝕刻工藝和在該調整的表面上沉積鋁膜的組合有助于形成基本上Al封端的硅基底。可提供此特征的一種可能的機制可能在于：在蝕刻步驟之后形成了Al封端的調整的基底，這增進了沉積到該Al封端的基底表面上的N-面極性的氮化鋁半導體層的形成。

在實施例中，調整基底的表面的步驟包括在真空下對表面進行等離子體軟蝕刻。等離子體軟蝕刻可以包括：將基底加熱到溫度T₂；向真空室中引入氬氣；以及使基底的表面經受等離子體。溫度T₂可以在35℃至70℃的范圍內，例如，50℃。在實施例中，利用包括Ar⁺離子的RF等離子體在2×10^-4mbar至8×10^-4mbar的壓力下執行等離子體軟蝕刻。例如，可以使用50W的RF功率。

執行等離子體軟蝕刻的溫度T₂可以小于基底的沉積鋁膜的溫度T₁。T₁可以在650℃至800℃的范圍內。

在實施例中，硅基底為<111>硅基底。已經顯示出，可以使用硅基底的<111>方向來增進六邊形AlN的外延生長。

在實施例中，調整基底的表面的步驟包括：代替表面的等離子體軟蝕刻，或者除了表面的等離子體軟蝕刻之外，對表面進行化學蝕刻。

在蝕刻之后，調整的硅表面可以無天然氧化物。蝕刻可以包括從基底優先地去除化學鍵合的氧，以在硅基底上提供基本上Si封端的表面。