在硅基板上形成III/V族共形层的方法技术

一种在硅基板上形成共形III/V族层的方法和所产生的具有III/V族层形成在上面的基板。该方法包括：从基板去除原生氧化物；将基板在处理腔室内定位；将该基板加热至第一温度；将该基板冷却至第二温度；将III族前驱物流入该处理腔室；当将III族前驱物和V族前驱物流入该处理腔室时，维持该第二温度直到形成共形层；当停止该III族前驱物的流动时，将该处理腔室加热至退火温度；和将该处理腔室冷却至该第二温度。III/V族层的沉积可以通过使用优先蚀刻电介质区域的卤化物气体而选择性地进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在硅基板上形成III/V族共形层的方法专利技术背景专利
本专利技术的实施例一般涉及使用III族成核层在硅基板上形成III/V族材料的处理。相关技术的描述由于宽能隙(widebandgap)、高热导率和大电击穿场(electricalbreakdownfield)，III/V族半导体具有作为高温、高频及高功率微电子元件和紫外光/蓝光/绿光光电元件的有用材料的显著潜力。微电子装置应用包括AlGaNGaN多层基的激光二极管(AlGaNGaNmultilayer-basedlaserdiode)、高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor，HEMT)、场效应晶体管(FET)、异质结双极型晶体管(heterojunctionbipolartransistor，HBT)、发光二极管(lightemittingdiodes，LED)、紫外光光检测器(ultra-violetphotodetector)，以及通常包括用于高频、高功率通信、用于高密度光学存储、全彩色显示器(full-colordisplay)及用于其他宽能隙半导体应用的(Al,In,Ga)N基础的装置。此外，能够实现III/V族材料性能优势的表面层可装有(host)各种不同的诸如从极高迁移率材料所制造的CMOS和量子阱(QW)晶体管的高性能电子装置，所述极高迁移率材料例如(但不限定于)是锑化铟(indiumantimonide，InSb)和砷化铟(indiumarsenide，InAs)。例如激光、检测器和光生伏打电池的光学装置也可由各种不同的其他直接能隙材料(directbandgapmaterials)，例如，但不限定于，砷化镓(galliumarsenide，GaAs)和砷化铟镓(indiumgalliumarsenide，InGaAs)所制成。虽然此类层的优点和效用，但是在硅基板上生长III/V族材料出现许多的挑战。晶体缺陷可由在III/V族半导体外延层与硅半导体基板之间的晶格失配(latticemismatch)、极性贴非极性失配(polar-on-nonpolarmismatch)和热失配(thermalmismatch)产生。当外延层与基板间的晶格失配超过一些百分点时，失配所引起的应变将变得过大且当外延膜松弛时，缺陷将在外延层内产生。一旦膜厚度大于临界厚度(低于此厚度，膜被拉紧且高于此厚度，膜被松弛)，应变是通过在膜和基板界面以及在外延膜中产生失配位错(misfitdislocation)而被松弛。外延晶体缺陷通常为线位错(threadingdislocation)、堆垛层错(stackingfault)和双晶面(twins)(在周期性断裂处晶格的一部分是另一部分的镜像)。许多缺陷，特别是线位错，倾向传播到半导体装置被制造的“装置层(devicelayer)”。通常，缺陷产生的严重性与III/V族半导体和硅基板间的晶格失配数量有关。已有不同的缓冲层被用来试图减轻由硅基板和III/V族装置层间的晶格失配所引起的应变，且由此减少III/V族层的有害缺陷密度(detrimentaldefectdensity)。然而，在硅基板的不同表面方位间的层均匀度仍然是一个问题。沉积具有CMOS特征的III/V族层的相关困难是在硅基板上的共形沉积。传统上，在异质外延中，缓冲层必须生长得很厚，例如缓冲层厚度为1微米或者更厚，以克服在层间的失配且产生高质量的结晶膜。因此，在不同结晶方位形成共形层需要沉积厚层以调节上述对于在CMOS上形成小特征并非最佳的晶体缺陷。因此，有普遍的需要是具有高沉积速率的沉积工艺，能够在大基板或多重基板上方均匀地沉积III/V族膜而不需考虑到晶格失配、极性贴非极性失配或其他的困难。再者，对于本领域也需要一种改良的沉积方法，即不需要厚缓冲层用于硅基板上生长III/V族结晶层。专利技术概述本专利技术的各实施例一般涉及使用III族成核层形成III/V族层的方法。III/V族层可以是任何的III/V族层且可以在文献中已知的金属有机化学气相沉积(metalorganicchemicalvapordeposition，MOCVD)的一般条件下被沉积。重要的是当同时产生高质量结晶膜时，沉积共形于不同的表面方位上。在一个实施例中，提供一种在基板上形成共形层的方法，该方法包括：从该基板去除原生氧化物之后，将该基板在处理腔室内定位；将该基板加热至第一温度；将该基板冷却至第二温度；和将III族前驱物流入该处理腔室以给该基板加入晶种。一或更多个实施例可进一步包括当将III族前驱物和V族前驱物流入该处理腔室时，将该处理腔室维持在该第二温度，直到形成共形二元III/V族层。接着当停止III族前驱物的流动时，该处理腔室可被加热至第三温度。在依序的冷却回到该第二温度之后，处理终止。在另一实施例中，在基板上形成共形层的方法可包括：将基板在处理腔室内定位；调整该处理腔室的温度至第一温度；将III族前驱物流入该处理腔室以产生成核层；将III族前驱物和V族前驱物流入该处理腔室以产生二元III/V族缓冲层；当停止该第二III族前驱物的流动时，将该处理腔室加热至第二温度；将该处理腔室冷却至该第一温度；依序重复该前驱物、退火和冷却步骤直到达到所期望的二元III/V族缓冲层厚度。在某些实施例中，硅基板可包括：具有电介质和半导体两种区域的上表面，III族成核层设置在该硅基板的至少一个表面上，其中该III族成核层由一或更多个III族元素所构成；和位于该III族成核层上方的III/V族缓冲层。在一或更多个实施例中，该基板可进一步包括形成于该缓冲层上的一或更多层二元或三元的III/V族层。所述二元或三元III/V族层可包括一或更多个III族或一或更多个V族元素，所述二元或三元III/V族层可由使用于该缓冲层或该成核层中的相同的III族或相同的V族元素所构成且可以是共形层。附图简要说明因此，可实现且可更详细地了解本专利技术上述列举特征的方式，可参考各实施例获得上文简单概括的本专利技术更具体的叙述，各实施例图示于所附附图中。图1A描绘根据一或更多个实施例的在基板上形成成核层和缓冲层的方法的流程图。图1B描绘根据一或更多个实施例的在具有已形成成核层和缓冲层的基板上形成二元或三元III/V族层的方法的流程图。图2描绘具有III/V族层的基板，该III/V族层通过上述的一或更多个方法形成于该基板上。然而应该注意的是所附附图仅图示本专利技术的范例实施例且并不被视为用以限制本专利技术的范围，因本专利技术可容许其他同等有效的实施例。具体描述本专利技术的实施例一般涉及在硅表面上形成III/V族材料的方法及其所产生的成分，该成分形成在由III族元素所构成的成核层上的缓冲层。在一实施例中，提供在基板上形成共形层的方法，该方法可包括从该基板去除原生氧化物；将基板在处理腔室内定位；将该基板加热至第一温度；将该基板冷却至第二温度；和将III族前驱物流入该处理腔室。III族前驱物可选自所有已知的III族前驱物。该第一温度，可相对应于后清洗步骤，可介于大约400℃到大约800℃之间，较佳的实施例介于大约400℃到大约500℃之间。后清洗步骤可用来去除基板表面的残留污染物。该第二温度，可相对应于层形成步骤，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅基板上形成共形层的方法，所述方法依序包括：从所述基板去除原生氧化物；将硅基板在处理腔室内定位；将所述基板加热至第一温度以从所述基板去除污染物，其中所述第一温度从大约400℃到大约800℃；将所述基板冷却至第二温度；当将III族前驱物流入所述处理腔室15秒或更短时，维持所述第二温度以产生成核层；和通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在所述成核层上生长具有期望厚度的二元III/V族层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 US 13/436,6441.一种形成层的方法，所述方法包括：将基板在处理腔室中定位，所述基板包括暴露表面；将第一III族前驱物气体输送至所述基板的所述暴露表面，以在所述暴露表面上沉积III族成核层，其中所述III族成核层无V族元素；和输送第二III族前驱物和V族前驱物，以在所述III族成核层上沉积III/V族层。2.如权利要求1所述的方法，其中在停止所述第二III族前驱物之后，所述V族前驱物持续流动。3.如权利要求1所述的方法，其中在输送所述第一III族前驱物之前将所述腔室加热至第一温度，并且其中在停止所述V族前驱物流动之前冷却所述腔室。4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一III族前驱物和所述第二III族前驱物包含选自由铝、镓、铟或它们的组合构成的组的III族元素。5.如权利要求1所述的方法，其中所述III/V族层是三元层。6.一种形成层的方法，所述方法包括：清洗基板的暴露表面；在第一温度下在所述暴露表面上方沉积III族成核层，其中所述III族成核层无V族元素；在第二温度下在所述III族成核层上沉积二元或三元III/V族层；和退火所述二元或三元III/V族层。7.如权利要求6所述的方法，其中所述III族成核层沉积为介于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍新宇，埃罗尔·安东尼奥·C·桑切斯，戴维·基思·卡尔森，叶祉渊，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US