[發(fā)明專利]一種制備AlN外延層的方法

有效

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• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111105994B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 吳華龍;趙維;何晨光;張康;賀龍飛;廖乾光;劉云洲;陳志濤
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 郭斌莉

本發(fā)明提供了一種制備AlN外延層的方法，涉及半導體技術(shù)領域，該制備外延層的方法，在執(zhí)行AlN外延生長之前，先在反應腔的腔蓋上沉積GaN覆蓋層，并在GaN覆蓋層上沉積AlN覆蓋層，由于GaN覆蓋層的附著力較弱，能夠通過毛刷輕易地將GaN從反應腔的腔蓋上清除，在每一爐外延生長完成后可通過普通的毛刷進行清理，十分方便，同時通過覆蓋一層AlN層，可防止高溫生長過程中GaN覆蓋層發(fā)生分解，導致雜質(zhì)進入AlN外延層。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用雙覆蓋層的技術(shù)，通過在反應腔的腔蓋上沉積GaN和AlN，為AlN外延生長提供了穩(wěn)定的腔室條件，可實現(xiàn)AlN外延層的大規(guī)模穩(wěn)定制備，可大幅提升生產(chǎn)與研發(fā)效率。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領域，具體而言，涉及一種制備AlN外延層的方法。

背景技術(shù)

AlGaN基材料具有連續(xù)可調(diào)的直接帶隙、電子遷移率高、擊穿電場強、抗輻射能力強、耐高溫等優(yōu)點，在紫外/深紫外光電子器件、電力電子器件和射頻電子器件方面有著廣闊的應用前景。由于缺乏大尺寸的商用同質(zhì)襯底，當前最理想的解決方案是采用生長于異質(zhì)襯底(例如藍寶石、碳化硅襯底、硅襯底等)上的氮化鋁外延層作為模板。而外延層與襯底之間存在著較大的晶格失配與熱失配，所以一般采用兩步或者多步生長技術(shù)進行制備，即成核層(緩沖層)加高溫層的生長技術(shù)。由于鋁原子表面遷移能力弱，反應物之間的預反應嚴重等問題，氮化鋁外延生長的容錯率較低，環(huán)境要求比較高。其中，初始的成核階段的反應室環(huán)境控制顯得尤為重要。成核階段控制不好會導致整個氮化鋁外延層結(jié)晶質(zhì)量的極端惡化且無法彌補。當前制備的氮化鋁外延層一直受困于穩(wěn)定性的問題，嚴重制約了其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化與應用。

由于氮化鋁附著力強、生長溫度高，直接進行氮化鋁外延生長容易造成反應腔蓋上附著上氮化鋁膜，無法通過毛刷進行清除。但是當生長爐次增多后，反應腔蓋上附著的氮化鋁越來越厚，生長過程中容易發(fā)生脫落，嚴重影響結(jié)晶質(zhì)量與生產(chǎn)良率。當前采用的普遍做法是每生長幾爐，待反應腔蓋上的氮化鋁膜累積到一定厚度后，通過刮刀進行清理。采用刮刀清理后容易形成浮灰，通常需要進行多次吹掃以及生長犧牲爐進行反應腔環(huán)境的恢復，嚴重影響生產(chǎn)與研發(fā)效率。

有鑒于此，設計出一種能夠解決上述問題的制備氮化鋁外延層的方法就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備AlN外延層的方法，其能夠為AlN外延層的生長提供穩(wěn)定的環(huán)境，避免反應腔蓋上沉積的AlN影響反應腔環(huán)境，同時清理反應腔時不會產(chǎn)生浮灰，無需進行吹掃等手段恢復反應腔環(huán)境，清理步驟簡單，從而大大提高了生產(chǎn)與研發(fā)效率。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

一種制備AlN外延層的方法，包括：

在反應腔的腔蓋上沉積GaN覆蓋層；

在所述GaN覆蓋層上沉積AlN覆蓋層，以使所述AlN覆蓋層覆蓋在所述GaN覆蓋層上；

向所述反應腔中放入襯底并使得所述襯底進行AlN外延生長。

進一步地，在所述在反應腔的腔蓋上沉積GaN覆蓋層的步驟之前，還包括以下步驟：

對所述反應腔進行烘烤；

清除所述反應腔中殘留的GaN、AlN、AlGaN、Ga顆粒和Al顆粒。

進一步地，在對所述反應腔進行烘烤的步驟之前，還包括以下步驟：

清理所述反應腔的腔蓋。

進一步地，所述清除所述反應腔中的Ga顆粒和Al顆粒的步驟，包括：

向所述反應腔中通入H2，以清除所述反應腔中殘留的GaN、AlN、AlGaN；

向所述反應腔中通入NH3，以清除所述反應腔殘留的中的Ga顆粒和Al顆粒。